Расчёт и проектирование опускных колодцев и оболочек

MU Raschyot i proektirovanie opusknykh kolodtsev.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Кафедра оснований и фундаментов
РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПУСКНЫХ
Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному
проектированию (спецкурс) для студентов специальности
06.101 “Мосты и транспортные тоннели”
Направление 06 01 “Строительство”
Редакционно – издательскими
СОСТАВИЛ: к.т.н. доц.. Пивонос В. М.
РЕЦЕНЗЕНТ: д.т.н. проф. Мишутин А.В. – зав. Каф. ПСЭАД
ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА ВЫПУСК: зав.кафедрой оснований и
фундаментов к.т.н. п. проф. Новский А. В.
Технологические особенности способов погружения опускных
Конструктивные решения 6
Исходные данные для разработки проектной документации 17
Методы расчета опускных колодцев 21
Расчёты для условий строительства 39
Расчёты для условий эксплуатации 45
Схемы опускания колодцев 46
Устройство днища колодцев 50
Сооружение колодцев из сборных железобетонных элементов 53
Опускание опускных колодцев способом задавливания 53
Примеры расчёта опускных колодцев по исходным данным 56
1. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в
условиях строительства 56
2. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в
условиях эксплуатации 65
Исходные данные для выполнения курсового проекта. 71
Состав курсового проекта 82
Пример выполнения графической части 83
Список использованных нормативных источников и специальной
технической литературы 84
Опускные колодцы представляют полую конструкцию любого
очертания в плане (отрытую сверху и снизу) погружаемую как под
собственным весом так и под действием дополнительной пригрузки
по мере разработки грунта внутри него .
Экономическая и технологическая целесообразность
применения методов строительства фундаментов глубокого
заложения в виде опускных колодцев обусловлено условиями когда
устройство других видов фундаментов( свай забивных и буровых
большой длины свай-оболочек кессонов) экономически не
целесообразно или технически не осуществимо. Например при
строительстве мостовых переходов через глубоководные реки
глубиной более 20м и необходимости заглубления фундаментов на
отметки более 40м ниже уровня воды при значительной удалённости
объекта от промышленных баз в связи з чем затруднена доставка
оборудования и материалов. В таких случаях сооружение опускных
колодцев является оптимальным решением при котором возможно
устройство фундаментов с глубиной заложения значительно
превышающих заглубление кессонных фундаментов.
Технологические особенности способов погружения
Основным расчётным фактором при проектировании опускных
колодцев является сопротивление погружению конструкции колодца
возникающее от сил трения грунта по боковой поверхности оболочки.
Существует ряд способов позволяющих уменьшать силы трения
грунта по боковой поверхности оболочек колодцев:
- обмазка поверхности контактирующей с грунтом эпоксидными
смолами (при этом улучшаются условия погружения опускных
колодцев величина трения снижается до25%)
- принудительное воздействие для преодоления сил трения
(дополнительная пригрузка в сочетании с вдавливанием домкратами
применение мощных вибраторов и т.п.)
- погружение колодцев в тиксотропной рубашке (один из
наиболее распространённых и эффективных способов уменьшения сил
При использовании указанного способа погружения появляется
возможность уменьшить вес колодца (иногда в 2-3 раз). В результате
сокращаются объёмы и стоимость работ сокращаются сроки
В зависимости от гидрогеологических условий с учётом
экономической целесообразности опускные колодцы могут
погружаться следующими способами:
- без водоотлива (в условиях отсутствия подземных вод или при
подводной разработке грунта);
- с открытым водоотливом;
- с устройством противофильтрационных завес;
- комбинацией приведённых выше способов.
Конструктивные решения
Наружные размеры опускных колодцев для глубоких опор в
плане поверху должны быть больше размеров надфундаментной части
на величину (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема опускного колодца:
а – габарит опоры моста м;
Н0 – внутренняя глубина колодца м;
Нw – глубина погружения колодца м;
О5 – величина уступа между опорой моста и наружной
гранью боковой поверхности колодца.
определяется из выражения 2.1.
В практике современного строительства получили
распространение бетонные и железобетонные колодцы.
Формы внешнего контура в плане опускных железобетонных
колодцев могут быть круглыми прямоугольными прямоугольными с
закруглёнными торцевыми стенами и углами с внутренними
перегородками и без них. Наиболее предпочтительной является
круглая форма (наиболее благоприятные условия опускания и
Железобетонные колодцы применяются в основном трёх типов:
монолитные сборные сборно-монолитные.
Оболочки монолитных опускных колодцев состоят из двух
основных частей: из ножевой с банкеткой и из собственно оболочки.
Ножевую часть колодца (нож) предпочтительней выполнять из
железобетона т.к. металлическая конструкция или облицовка ножа
металлом не эффективно в грунтах с твёрдыми включениями при
контакте с которыми она деформируется и в дальнейшем затрудняется
погружение опускание.
Основные типы ножей представлены на Рис. 2.2.
Рис. 2.2 Типы ножей опускных колодцев
bw – толщина ножевой части с банкеткой;b – ширина
банкетки; C – размер полки для опирания
плиты;hp – размер соответствующий толщине железобетонной
Ножевая часть опускного колодца должна выступать за контуры
стены оболочки во внешнюю сторону на 100-150 мм для обеспечения
зазора с целью уменьшения сил трения при погружении. При
погружении в тиксотропной рубашке на этом участке закрепляют
манжет (уплотнитель).
Ножи типа а) и б) рекомендуется применять при опускании
колодца в сухих грунтах с водоотливом или с водопонижением. Ножи
типа в) и г) рекомендуется применять при опускании колодцев
При изготовлении (бетонировании) на временном основании (в
траншее или на призме см. рис. 2.3) можно применять все виды ножей.
Рис.2.3. Временное основание под нож колодцев:
а) – на щебёночной призме: 1 – железобетонное кольцо
форшахты; 2 – нож колодца; 3 – призма из щебня или гравия.
б) – в траншее: 1 – откос траншеи; 2 – плиты оболочки или
Рекомендуемые размеры составных частей ножей опускных
колодцев (см. Рис. 2.2).
b – ширина банкетки 02 – 06 м;
С – размер полки для опирания плиты 02 – 04 м;
hp – соответствует толщине железобетонной плиты днища.
Толщина стен монолитных железобетонных колодцев назначается
из условия создания требуемого веса для преодоления сил трения
возникающих при погружении (иногда могут достигать 2 – 25 м).
Колодцы из монолитного железобетона имеют существенные
недостатки: - значительную материалоёмкость трудоёмкость и т.п.
они полностью изготавливаются на строительной площадке.
Наиболее прогрессивными являются разработанные в последнее
время конструкции опускных колодцев с применением облегчённых
сборных железобетонных элементов таких например как:
- из пустотных криволинейных блоков укладываемых с
перевязкой швов с соединением на сварке закладных деталей;
- из типовых лотковых плит собираемых на заранее
выполненном монолитном каркасе колодца;
- из пустотелых прямоугольных блоков укладываемых без
перевязки швов и соединяемых с помощью петлевых стыков (см. Рис.
- из вертикальных панелей соединяемых с помощью петлевых
стыков или сваркой с использованием металлических накладок и
замоноличиванием соединений (см. Рис. 2.4.б).
Рис. 2.4. Опускные колодцы:
а) – из панелей; б) – из блоков; 1 – панели; 2 – форшахта; 3 –
тиксотропная рубашка; 4 – блоки; 5 – монолитные железобетонные
пояса; 6 – монолитный железобетонный нож
Опускные колодцы представленные на Рис. 2.4 получили
наибольшее распространение в практике строительства.
Из плоских панелей большой длины – на всю высоту колодца
(Рис. 2.4.а) устраивают колодцы с глубиной опускания до 20 м. панели
между собой соединяют с помощью петлевых стыков либо накладками
на сварке. Плоские панели в опалубке формируются одновременно с
ножевой частью. При необходимости (в случае отсутствия
достаточного по грузоподъёмности кранового оборудования панели по
высоте расчленяются на отдельные элементы которые затем в
процессе монтажа соединяют сваркой закладных деталей (поярусно).
Такие колодцы ввиду их малой массы опускают в тиксотропной
Практика строительства показывает что устойчивость грунта при
погружении колодцев в тиксотропной рубашке обеспечивается
гидравлическим напором глиняной суспензии на 1 м при её плотности
5 – 107 гсм3. Для обеспечения устойчивости грунтовой стенки в
верхней части по периметру устья рубашки устраивают форшахту в виде
железобетонного пояса. Изредка для этих целей применяют деревянные
или металлические щиты устанавливаемые на деревянное или
железобетонное основание. Форшахту страивают высотой 08 – 12 м.
Тиксотропная рубашка выше уровня внешнего уступа ножа
исключает возникновение сил трения по наружной поверхности
Высота ножевой части (расстояние от банкетки до наружного
уступа) принимается не менее 2 – 25 м независимо от глубины
погружения ширина уступа 100 – 150 мм.
Для предотвращения утечки глиняного раствора по периметру
вдоль наружной стенки ножевой части колодца на его уступе
устраивают уплотнитель. Вариант конструкции уплотнителя
представлен на Рис. 2.5.
Рис. 2.5. Манжет тиксотропной рубашки:
- инъекционная труба; 2 – защитный уголок; 3 –
тиксотропная глинистая суспензия; 4 – форшахта; 5 глиняный замок;
– уплотнитель из транспортёрной ленты; 7 – анкерный болт; 8 –
прижимной уголок; 9 – ножевая часть стенки колодца; 10 –
Уплотнение зазора между грунтом и стенкой выполняется в
виде манжета из нескольких(3 – 4 слоёв) транспортерной ленты с
замком из пластичной глины. Ширину ленты нижнего слоя
изготовляют не более 05м последующие слои соответственно
меньшей ширины. Манжет крепится к уступу анкерными болтами с
прижимным уголком. Высота глиняного замка 04 – 06м с
превышением по верху на 150 – 200 мм выше края отогнутой по
грунтовой стенке транспортерной ленты.
разработана новая достаточно эффективная конструкция
уплотняющих устройств для предотвращения утечки из тиксотропной
Уплотнение достигается с помощью выступа за счёт
образования в процессе погружения зоны уплотнённого грунта по
всему периметру колодца.
Размер от края выступа до наружной поверхности оболочки
рекомендуется принимать в пределах 50 – 100 мм при этом уточняется
в процессе строительства для различных грунтовых условий.
Конструктивно узел уплотнения решается в виде
неравнополочного уголка приваренного к металлической полосе
заанкеренной в бетоне ножа. Анкеровка этого узла рассчитывается на
нагрузки необходимые для преодоления сопротивления грунта
вследствие его уплотнения при погружении колодца. Схема
вышеуказанной конструкции представлена на Рис. 2.6.
Рис. 2.6. Уплотняющее устройство для предотвращения
утечки из тиксотропной рубашки конструкции
– заанкеренная металлическая полоса по периметру уступа
ножа; 2 – неравнополочный уголок по контуру ножа приваренный к
полосе 1; 3 – анкерные стержни; 4 – опорный уголок; 5 –
металлический нож; 6 – ребро
При заполнении полости рубашки суспензией при погружении
колодцев в песчаных водонасыщенных грунтах раствор следует
подавать в нижнюю зону тиксотропной рубашки по инъекционным
трубам которые располагают в плане через 3 – 6 м по наружному
периметру опускного колодца.
Нижняя часть инъекционных труб перфорируется на длине 07 –
м конец трубы закрывается заглушкой.
Перфорации в трубе выполняются на половине её периметра –
со стороны стенки колодца. Труба располагается на расстоянии 10 – 20
мм от поверхности стены. Защитные уголки на инъекционных трубах
служат для защиты их от навала грунта. Подача суспензии
осуществляется с помощью коллектора монтируемого у верхнего края
колодца и объединяющего все верхние концы инъекторов.
Днище опускного колодца выполняется в монолитном
железобетоне независимо от конструкции оболочки. При погружении
колодцев насухо (при отсутствии подземных вод или с применением
водопонижения) основание днища выравнивается дренирующим
Для дренажа применяют щебень гравий песок которые
укладывают по типу обратного фильтра – от меньших фракций внизу
до более крупных вверху.
Оклеечную гидроизоляцию днища устраивают под
железобетонной плитой на подготовке из монолитного бетона
металлическую гидроизоляцию выполняют поверх плиты. На Рис. 2.7.
представлены схемы конструктивных решений основания днища
Рис. 2.7. Варианты конструктивных решений основания
а) – при разработке грунта с водопонижением; б) – с выемкой
грунта из под воды; 1 – железобетонное монолитное днище; 2 –
гидроизоляция битумными материалами; 3 – цементная стяжка; 4 –
бетонная подготовка; 5 – толь рубероид или гидрорелин; 6 –
дренажный слой; 7 – бетонная подушка
При опускании колодца с выемкой грунта из-под воды в
основании укладывают подушку из дренирующего материала или из
бетона. Дренажная подушка пригружает грунты в основании сохраняя
их устойчивость при откачке воды из котлована (рекомендуется
применять при невысоком уровне подземных вод).
Бетонную подушку выполняют методом подводного
бетонирования. Толщина подушки определяется расчётом на
прочность от воздействия гидростатической нагрузки в период
Верхняя граница гидроизоляции по наружной поверхности стен
принимается на 05м выше прогнозируемого уровня подземных вод.
Для погружения колодца (когда внутри него предполагается
устройство помещений) по наружной поверхности стен устраивают
гидроизоляцию из торкретбетона с нанесением на неё дополнительно
окрасочной битумной изоляции. С появлением современных
гидроизолирующих материалов выполняют пропиточную
гидроизоляцию составами типа «ПЕНЕТРОН».
Железобетонные стены и днища колодцев рекомендуется
проектировать из тяжёлого бетона марки не ниже М200(класс В15).
Для условий погружения и эксплуатации в обводнённых грунтах
проектная марка бетона по водопроницаемости должна быть не ниже
В4. Морозостойкость бетона должна обеспечиваться в пределах
глубины (зоны) влияния отрицательных температур.
Минимальная толщина элементов железобетонных конструкций
колодцев должна назначаться следующей мм:
- монолитные наружные стены – 300;
- сборные наружные стены – 200;
- защитный слой бетона для рабочей арматуры – 30;
- то же в основании днища – 35.
Исходные данные для разработки проектной
В зависимости от сложности конструкций подземных
сооружений от гидрогеологических и инженерно-геологических
условий площадки строительства опускные колодцы проектируют в
одну или две стадии.
В одну стадию для колодцев строительство которых
осуществляется по типовым и повторно применяемым проектам а так
же для несложных объектов.
В две стадии для колодцев строительство которых будет
осуществляется по индивидуальным проектам в сложных условиях.
Под «сложными условиями» понимается ряд факторов
определяющих условия проектирования и строительства.
К этим факторам следует отнести:
а) сложные инженерно-геологические условия;
б) большие нагрузки передаваемые от надземных конструкций:
в) сложный характер динамического воздействия при
г) большие габариты сооружения – с увеличением линейных
размеров сооружения нагрузки возрастают как минимум в квадратной
д) сложные геотехнические условия – сейсмическая опасность и т.п.
Исходные данные для составления проекта должны включать
- техническое задание;
- материалы инженерно-геологических и гидрологических
изысканий и данные о климатических условиях района строительства;
- технические условия проектирования.
Техническое задание на проектирование строительной части
должно помимо общих данных (стадии проектирования назначения
класса сооружения; габаритов и конфигурации внутренних
помещений при их наличии) должно содержать:
- план площадки в масштабе 1:500 в горизонталях через 05 –
м с указанием планировочных отметок (вертикальной планировки) с
привязкой всех существующих на площадке объектов инженерных
сетей подземных путей и т.п.;
- технологические планы по всем перекрытиям;
- планы размещения ниш отверстий анкерных болтов
внутренних стен и перегородок закладных деталей и т.п.;
- сведения о нагрузках их динамическом характере нагрузках
на закладные детали и анкерные болты;
- данные о влажностном режиме заглублённых сооружений при
- в случае наличия примыкающих сооружений данные об этих
сооружениях и их фундаментах.
Инженерно-геологические изыскания необходимые для
проектирования колодцев должны проводится в соответствии с
ВСН 150-88 МИНТРАНССТРОЙ СССР. Нормы по
инженерно-геологическим изысканиям железнодорожных
автодорожных и городских мостовых переходов. ЦНИИС;
ДБН А.2.1-1-2008. Инженерные изыскания для строительства;
РСН 65-87 ГОССТРОЙ РСФСР. Инженерные изыскания для
строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Технические
требования к производству работ. ПО «Стройизыскания».
При этом должны быть учтены дополнительные условия:
- при диаметре колодца менее 15м в песчаных и глинистых
грунтах число инженерно-геологических скважин должно быть не
менее трёх а глубина их должна быть более глубины колодца на
величину его размера по наружному контуру но не менее 5м;
- при диаметре колодца более 15м а также в сложных
инженерно-геологических и гидрогеологических условиях число
скважин и их глубина назначаются проектной организацией по
специальной программе;
- скважины должны располагаться в пределах контура
проектируемого опускного колодца либо вблизи него на расстоянии
не более 5м от наружного контура.
В составе изысканий приводятся инженерно-геологическая
характеристика площадки геологические разрезы сведения о
водоносных горизонтах прогнозы максимального подъёма их уровня
данные о степени их агрессивности.
Для сооружений возводимых на берегах рек и озёр должна
быть приведена гидрологическая характеристика водоёма.
В технических условиях на проектирование колодца
определяются основные конструктивные решения увязанные с
характером производств работ.
Решения согласовываются с генеральным проектировщиком и
со специализированной строительной организацией.
Технические условия должны отражать:
- основные положения конструктивных решений;
- очерёдность монтажа и опускания колодца по ярусам
максимальный вес и габариты сборных элементов (для сборных
колодцев) условия бетонирования (для монолитных колодцев);
- отметку дна пионерного котлована из которого будет
производится погружение колодца;
- порядок ликвидации временного основания;
- условия строительства примыкающих сооружений и
- способы опускания колодца (без водоотлива с водоотливом с
применением глубинного водопонижения с подводной разработкой
- способ осушения строительной площадки;
- способы разработки и транспортирования грунта;
- условия для приготовления тиксотропного раствора его состав
и физические характеристики.
Помимо этого для составления проекта производства работ в
технических условиях должны быть указаны:
- существующие источники водоснабжения;
- места отвалов грунта (сухого и пульпы);
- наличие бетонных хозяйств и производств для возможного
размещения для изготовления элементов сборного колодца и других
- наличие источников электроснабжения;
- наличие временных сооружений с возможным использованием
их для нужд строительства опускного колодца.
Методы расчета опускных колодцев
Расчёты при проектировании должны производится на нагрузки
и воздействия которые определяются условиями строительства и
эксплуатации сооружения.
Расчётные нагрузки принимаются как произведение
нормативной нагрузки на коэффициенты надёжности по нагрузке
учитывающие возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную
сторону от нормативных значений.
Нормативные нагрузки коэффициенты надёжности по нагрузке
приведены в Табл. 4.1 и сочетания нагрузок принимаются в
ДБН В.1.2-15-2009. Навантаження та впливи. Мости та труби.
ДБН В.1.2-14-2008. Загальні принципи забезпечення надійності
та конструктивної безпеки будівель споруд будівельних конструкцій
та основ. УкрНДпроектстальреконструкція ім. В. М. Шимановського;
ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Основні
положення проектування. НДБК.
Коэффициенты надёжности по нагрузке на период
Нагрузки и воздействия
Основное давление грунта Па
Дополнительное давление грунта
от наклона пластов Па
Гидростатическое давление
Сила трения колодца по грунту
при расчёте на всплытие Н
Пригрузка колодца анкерами
Сила трения стен колодца по
грунту при погружении Н
Пригрузка колодца при
Сопротивление грунта под
подошвой ножа при погружении
Дополнительное горизонтальное
давление грунта вызываемое
Значение коэффициента надёжности по нагрузке указанные в
скобках должны приниматся при расчёте на погружение и
всплытие устойчивости на опрокидование и скольжение а также в
других случаях коогда ухудшаются условия работы конструкцій.
При расчёте конструкций и оснований по деформациям
коэффициент надёжности по нагрузке принимается равным 1.
Для колодцев погружаемых в обводнённых грунтах без
водопонижения с подводной разработкой грунта вес стен колодца
находящихся ниже уровня воды в период погружения определяется с
учётом взвешивающего действия воды.
Гидростатическое давление подземных вод следует
учитываать для частей колодца погружаемых ниже уровня подземных
вод в любые грунты независимо от способа погружения колодца. За
расчётный принимается уровень подземных вод по максимальным
Горизонтальное давление грунта на колодец определяется как
сумма давлений: основного - от веса грунта с горизонтальной
поверхностью и с постоянной на ней нагрузкой с учётом влияния сил
трения действующих на боковой поверхности колодца и
дополнительного – от наклона пластов и возникающего при кренах
погружаемого колодца .
Для колодцев погружаемых ниже уровня подземных вод
значение общего горизонтального давления определяется как сумма
давлений (основного и дополнительного) грунта и гидростатического
давления подземных вод при этом основное давление грунта
определяется с учётом взвешивающего действия воды.
Удельный вес грунта в с учётом взвешивающего действия
воды определяется по формулам (4.1):
где - удельный вес частиц грунта который в среднем может
- для песка 266 кНм3;
- для супеси и суглинка 270 кНм3;
- для глин 274 кНм3;
- удельный вес воды 10 кНм3;
е – коэффициент пористости;
- удельный вес сухого грунта кНм3;
Значение основного давления грунта на колодец определяется
как активное давление грунта на цилиндрическое ограждение
где Кр – коєффициент учитывающий дополнительное давление
грунта возникающее в результате действия сил трения (определяется
. - активное давление грунта на гладкое цилиндрическое
где γ - удельный вес грунта;
r - наружный диаметр круглого в плане колодца или условный
радиус для некруглых колодцев (см. Рис. 4.2).
Рис. 4.1. Зависимость коэффициента Кр от hr
φ – угол внутреннего трения грунта град;
где h - расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого
q - равномерно распределённая нагрузка Нм2;
С – сцепление грунта Па;
К – коэффициент учитывающий уменьшение сцепления грунта
в результате сдвига в призме обрушения.
Рис. 4.2. Схема к определению условного радиуса
некруглых в плане колодцев
В зависимости от консистенции грунта значение К
рекомендуется принимать:
. может быть определено по формуле:
где 1 2 3 – функции зависящие от угла внутреннего трения
φ и коэффициента n (определяется по Рис. 4.3 4.4 4.5)
Рис. 4.3. Определение значений:
а) n – от б) F1 – от n
Рис. 4.4. Определение значений от n
Рис. 4.5. Определение значений от n
Если колодец погружается в грунт с разнородными
напластованиями то при расчёте удобнее грунт залегающий выше
расчётного сечения заменять на эквивалентный слой с приведённым
значением удельного веса. Высота эквивалентного слоя определяется
где - полный вес лежащих выше слоёв грунта;
γ – удельный вес грунта рассматриваемого слоя.
Коэффициент неравномерности Ки давления грунта по
периметру колодца в период его погружения определяется из
где – определяются для глубины = в 2 где
– проектная глубина погружения колодца в – высота ножевой
части колодца или расчётного пояса.
Значение Ки для колодцев погружаемых без рубашки следует
принимать не менее 125.
Дополнительное давление грунта вызываемое наклоном
пластов определяется из выражения (4.9):
где α – коэффициент принимаемый в зависимости от угла
Дополнительное давление нагружая колодец с одной
стороны вызывает симметричный отпор грунта с противоположной
Для круглых в плане колодцев эту нагрузку рекомендуется
принимать изменяющейся в плане по наружному контуру по закону
косинуса т.е. (см. Рис. 4.6).
Рис. 4.6. Схема характеризующая распределение основного
и дополнительного давления грунта
Дополнительное давление грунта обусловленное наклоном
пластов нагружая колодец с одной стороны вызывает симметричный
отпор грунта с противоположной стороны.
Дополнительное давление грунта вызываемое кренами
колодца можно определить по формулам ВНИИГС:
- для круглого колодца:
- для прямоугольного колодца:
где - расчётное значение веса опускного колодца при
- коэффициент надёжности погружения обычно
принимаемый равным 115;
a и b – наибольшая и наименьшая стороны прямоугольного
- расчётная сила трения грунта выше ножевой части колодца
определяемая для глубины = в через удельную силу трения
грунта t по боковой поверхности колодца из выражения:
здесь - коэффициент условий работы принимаемый: 12 – для
плотных песков с гравием или щебнем и 10 для остальных грунтов;
- площадь поверхности ножевой части колодца или
расчётного пояса м2.
Для колодцев с очертанием в плане отличным от окружности
при определении удельной силы трения грунта по боковой
поверхности стен колодца в период погружения условный радиус
принимается равным расстоянию от оси колодца до наиболее
удалённой точки наружной поверхности (см. Рис. 4.2).
Расчётное значение силы трения по боковой поверхности стен
колодца при его погружении определяется выражением:
= 0 2 1 1 + 1 2 2 2 + + 12
где u - наружный периметр колодца м;
1 - удельные силы трения соответствующие
промежуткам деления высоты погружения колодца h и определяемые
=1 = - глубина погружения колодца м;
n - число промежутков деления .
При расчёте колодца на всплытие сила трения грунта на
боковой поверхности стен колодца 1 принимается равной половине
силы 2 определяемой по формуле (4.13) т.е.:
Пригрузка колодцев при их погружении применяется при
соответствующем технико-экономическом обосновании и может
осуществляться грузами или с помощью домкратов и анкерных
Сопротивление грунта под ножом при погружении колодца
определяется по формуле:
где в - площадь подошвы ножа м ;
- предельная нагрузка на основание Нм2 определяется в
зависимости от относительного заглубления ножа в грунт hb (здесь h
– глубина погружения ножа в грунт отсчитываемая от уровня грунта в
колодце; b – ширина банкетки).
Для начального периода погружения при 0≤ hb≤05
где 0 0 0 - коэффициенты являющиеся функцией угла
внутреннего трения φ и определяется по Табл. 4.2.
- вертикальное равномерно распределённое давление
грунта расположенного выше банкетки ножа опускного колодца
γ – удельный вес грунта расположенного ниже банкетки
опускного колодца Н м3.
Значения коэффициентов
При погружении в грунт на глубину когда 05≤h≤1.5
где - коэффициент зависящий от угла внутреннего
трения грунта и относительного заглубления банкетки ножа
(определяется по Табл. 4.3).
Значение коэффициента
Расчётное сопротивление грунта под днищем колодца
определяется в соответствии с ДБН В.2.1 – 10 – 2009.
Нагрузки и воздействия возникающие в условиях эксплуатации
колодцев и соответствующие им коэффициенты надёжности по
нагрузке должны приниматься по Табл. 4.4.
Основное давление грунта на
Дополнительное давление
грунта от наклона пластов
стационарного оборудования
Давление грунта на колодец
- для прямоугольно колодца:
Расчётное значение основного давления грунта на стены
колодца в глинистых грунтах следует определять как давление грунта
в состоянии покоя по формуле:
где и - удельный вес и высота і-го слоя грунта;
q - вертикальная равномерно распределённая нагрузка;
- коэффициент горизонтальной составляющей давления
здесь - коэффициент бокового давления грунта (при
отсутствии данных значения допускается принимать: для суглинков
– 05; для глин – 07).
Коэффициент неравномерности давления грунта на стены
колодца по его периметру в период эксплуатации определяется
значение следует принимать не менее 11.
Давление грунта при сейсмических воздействиях и
вычисляются по формулам:
где - коэффициент сейсмичности принимаемый 0025 при 7
баллах 005 при 8 баллах 01 при 9 баллах;
- полярный угол (см. Рис. 4.7)
Рис. 4.7. Распределение давления грунта при сейсмических
а – для круглых колодцев б – для прямоугольных колодцев
Нагрузка на стены колодца от грунта при сейсмическом
воздействии может быть с любой стороны при этом с
противоположной стороны возникает сопротивление грунта (отпор)
эпюра которого как правило принимается симметричной нагрузке.
Расчёты конструкций колодцев и их оснований должны
производится по первой (на прочность несущую способность) и
второй (по деформациям) группам предельных состояний. Расчёт
производится на наиболее невыгодные сочетания нагрузок как для
условий строительства так и для условий эксплуатации.
Для условий строительства должны выполнятся следующие
- по схемам учитывающим наличие только нагруженных стен
прочность колодца или первого яруса при снятии с временного
основания погружения колодца; прочность стен на конечной стадии
опускания; по результатам расчётов устанавливается необходимость
устройства перегородок или распорок;
- по схемам учитывающим наличие наружных стен и днища
прочность днища всплытие колодца устойчивость колодца на сдвиг и
опрокидывание (при разработке односторонних выемок если они
предусматриваются в ППР).
Железобетонные конструкции колодцев рассчитываются в
соответствии с требованиями (СНиП 2.03.01-84 и ДБН В.2.6-98-2009) с
учётом следующего дополнительного условия: минимальный процент
армирования наружных стен круглых колодцев (горизонтальная
работа арматуры) сооружаемых в один ярус принимается на участке
от банкетки до половины высоты колодца 01 на остальном участке
высоты до верха колодца 005; колодцев сооружаемых в два яруса и
более: для первого яруса 01; для последующих ярусов 005.
Расчёты для условий строительства
Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:
где 2 - расчётные нагрузки подсчитанные с
коэффициентами перегрузки в соответствии с таблицы (4.1).
Расчёт на погружения производится на наибольшую глубину.
Если во время погружения стены колодца наращиваются расчёт
должен производится для каждого яруса. Колодец погружаемый в
грунты с разнородными напластованиями следует рассчитывать по
глубине погружения для которой значение знаменателя по формуле
(5.1) является максимальным.
Усилия передаваемые на опоры и обеспечивающее закрепление
колодца против самопроизвольного погружения ниже проектной
отметки должны определятся по формуле:
Расчёт наружных стен на прочность производится для
наибольших (проектной) глубины погружения и для каждого яруса
(при погружении колодца ярусами).
Стены прямоугольных колодцев рассчитываются по поясам:
при расчёте нижнего пояса к нагрузке на этот пояс добавляется
нагрузка действующая на ножевой пояс снаружи. Расчётные пояса
назначаются через 2 – 3м по высоте и в соответствии с
конструктивными особенностями (уступы стен перекрытия
отверстия проёмы и пр.).
Расчёт стен круглого колодца также ведётся по поясам с учётом
неравномерности давления от активного давления грунта исходя из
предположения возможных перекосов при его опускании.
Коэффициент неравномерности давления грунта при опускании
колодца определяется согласно выражения (4.8). расчёт нижнего
пояса круглого колодца ведётся аналогично расчёту пояса
прямоугольного колодца.
Стены опускных колодцев должны рассчитываться на
воздействия их собственного веса при установке его на
фиксированные зоны опирания. Положение фиксированных зон
определяется условиями равенства опорных и пролётных моментов в
стенах прямоугольных колодцев. Круглые колодцы рассчитываются из
условия опирания их на три фиксированные зоны.
При опускании колодца с подводной разработкой грунта
расчётные усилия (моменты и поперечные силы) увеличиваются на
% из-за сложности контроля за положением опорных зон.
Расчётная нормальная сила N при расчёте на разрыв в
результате зависания колодцев определяется для случаев когда в
верхней части прорезаемой колодцем толщи грунта находятся
прочные породы (глинистые грунты твёрдой полутвёрдой
тугопластичной консистенции или плотные пески) а в нижней части слабые (глинистые грунты текучепластичной или текучей
Если высота верхнего слоя при этом меньше половины глубины
где 3 - расчётная сила трения стен колодца по прочному
При высоте верхнего слоя (прочного грунта) более половины
проектной глубины погружения то
Расчёт опускных колодцев на разрыв выполняется как правило
для колодцев с глубиной опускания более 15м.
Нож опускного колодца рассчитывается как консоль
(см. Рис. 5.1) относительно линии С-С для двух расчётных случаев:
- для момента начала погружения;
- для момента окончания погружения (расчёт ведётся на 1м
Рис. 5.1. Расчётные схемы ножевой части колодца
а – начало погружения; б – окончание погружения
– На момент начала погружения колодца когда с наружной
стороны грунта нет а с внутренней стороны нож испытывает давление
грунта на всю скошенную грань давление грунта на банкетку Р
определяется из выражения:
где - нагрузка на 1м контура ножа от веса колодца;
b - ширина банкетки м; = - проекция скошенной
грани ножа на горизонтальную плоскость м ( α -
угол наклона скошенной грани ножа к горизонту град).
Расчётные величины сил от давления грунта (на банкетку)
вертикальной составляющей силы и горизонтальной составляющей
(на скошенную грань ножа) определяется по формулам:
Моменты внешних сил относительно центра О расчётного
сечения С-С вычисляются из выражений:
Сечения С-С рассчитывается на внецентренное сжатие под
давлением суммарного момента внешних сил и нормальной
– на момент когда колодец опущен на проектную отметку и
грунт под ножом выбран нож рассчитывается на действие момента от
активного давления грунта:
где 1 - ордината треугольной части эпюры давления грунта;
- ордината прямоугольной части эпюры давления.
Расчётное значение поперечной силы определяется
Прочность железобетонного днища при шарнирном его
опирании по контуру на стены колодца рассчитывается на нагрузку:
- на отпор грунта под днищем колодца когда постоянные
вертикальные нагрузки колодца больше сил всплытия и на
гидростатическое давление подземных вод тогда:
где - сумма всех постоянных вертикальных нагрузок на
колодец (с учётом сил трения);
- на гидростатическое давление подземных вод если
постоянные вертикальные нагрузки от колодца меньше сил всплытия.
Расчёт прочности днища колодца без внутренних стен колонн
перегородок (элементов обеспечивающих пространственную
жёсткость) на нагрузку от отпора грунта производится как пластины
лежащей на упругом основании;
Днища (без наличия вышеперечисленных элементов жёсткости)
на нагрузку от гидростатического давления подземных вод – как
пластин с шарнирными опорами нагруженной равномерно
распределённой нагрузкой.
На всплытие рассчитывают колодцы погружаемые ниже
горизонта подземных вод для любых грунтов за исключением:
- когда под днищем предусматривается устройство постоянно
действующего дренажа;
- либо при затоплении ствола (полости колодца когда он
выполняет функции фундамента) заполненным мелко или
крупнообломочными породами.
При заглублении колодца в водоупорный слой (при
формировании объёмов внутри колодца) необходима проверка
расчётом возможности прорыва напорными водами водоупорного
Расчёт колодца на всплытие производится по формуле:
где - сумма всех постоянных расчётных нагрузок с учётом
нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузок; 1 -
сумма усилий трения при расчёте на всплытие; - площадь
основания колодца; - расчётное превышение уровня подземных вод
над основанием днища колодца; - коэффициент надёжности от
всплытия принимаемый равным 12.
Устройство анкерных конструкций против всплытия
предусматривается в случае если не выполняется условие (5.15) т.е.
Поверочные расчёты прочности наружных стен производятся
при разработке односторонних выемок вблизи колодцев.
Расчёт на сдвиг по подошве и на опрокидывание и на общую
устойчивость сооружения вместе с основанием при разработке
односторонних выемок вблизи колодца производится в соответствии с
требованиями ДБН В.2.1-10-2009.
Расчёты для условий эксплуатации
Для этих условий выполняются следующие расчёты:
- прочность наружных внутренних стен днища перекрытий и
других элементов обеспечивающих несущую способность и
пространственную жёсткость;
- на всплытие колодца;
- на сдвиг по подошве на опрокидывание и на общую
устойчивость сооружения вместе с основанием – при больших
односторонних нагрузках.
Прочность и устойчивость элементов конструкций колодца а
также колодца в целом должны быть обеспечены при всех реально
возможных условиях эксплуатации.
Расчёт колодца на всплытие в условиях эксплуатации нужно
производить на расчётные нагрузки по формуле:
При больших односторонних горизонтальных нагрузках (при
расположении колодцев на косогорах например в прибрежной зоне)
колодцы рассчитываются на сдвиг по подошве и на опрокидывание и
проверяются на устойчивость по круглоцилиндрическим и другим
поверхностям скольжения по известным расчётным методам.
Железобетонные элементы конструкций опускных колодцев
рассчитывают в соответствии с СНиП 2.03.01-84 и ДБН В.2.6-98-2009
с учётом дополнительных условий:
- раскрытие трещин в наружных железобетонных стенах в
период эксплуатации колодцев допускается не более 02мм;
- при обоснованном применении металлической
гидроизоляции она должна учитываться как рабочая арматура;
- при резком неравномерном распределении температуры и
влажности когда размер в плане прямоугольного либо диаметр
круглого колодца превышает 60м выполняются расчёты на
температурно-влажностные воздействия.
Схемы опускания колодцев
Колодцы опускают в грунт по следующим схемам:
- насухо с открытым водоупором при разработке грунта в забое
с водопонижением уровня подземных вод (см. Рис. 7.1);
- с выемкой грунта из под воды (см. Рис. 7.2);
Рис. 7.1. Основные схемы опускания колодцев насухо
а — выемка грунта с помощью экскаватора бульдозера и крана; б —
выемка грунта с помощью средств гидромеханизации; 1 —
подводящая труба подмывных устройств; 2 — перфорированная
труба; 3 — пульпопровод; 4 — гидроэлеватор; 5 — гидромонитор: 6
— напорный водовод; 7 — подмывные устройства
Рис. 7.2. Схема опускания колодца с выемкой грунта из-под
При опускании колодцев по первой схеме для разработки и
выемки грунта используют экскаваторы (прямая либо обратная лопата
иногда с грейфером) бульдозеры и краны с бадьями либо средства
гидромеханизации. Последние (гидромониторы землесосы
гидроэлеваторы) целесообразны к применению в легкоразмываемых
грунтах – песках супесях лёгких суглинках.
В общем случае выбор необходимого оборудования
определяется габаритами колодца и инженерно-геологическими и
гидрологическими условиями площадки строительства.
При работе по первой схеме при проходке с относительно
малым коэффициентом фильтрации ф 1 мсут. и слабой
водоотдаче рекомендуется открытый водоотлив посредством откачки
воды насосами из водосборных траншей и приямков (зумпфов) внутри
колодца. При больших притоках воды и неустойчивым состоянием
необводненных грунтов (когда не исключены наплывы грунта из-под
ножа внутри колодца) рекомендуется опускать колодец с применением
опережающего глубинного водопонижения. Средства водопонижения
(иглофильтры эжекторные установки как правило располагают за
внешним контуром колодца (при их расположении в забое внутри
колодца затрудняется ведение работ по разработке грунта).
Разработка грунта в колодце насухо может выполнятся:
бульдозерами с последующим транспортированием грунта на
поверхность башенными или гусеничными кранами в бадьях (загрузка
бадей осуществляется экскаваторами) или кранами оборудованными
грейфером; экскаваторами оборудованными прямой или обратной
лопатой с выдачей грунта на поверхность в бадьях башенными или
гусеничными кранами. Разработка грунта выполняется во всех случаях
равномерно по всей площади забоя колодца с оставлением расчётных
зон опирания. Рекомендуется применение бульдозеров на базе (ДЭТ) с
электроприводом. При использовании механизмов с дизельными
двигателями в колодце необходимо устанавливать вентиляцию.
Исправность состояния подкрановых путей башенных кранов
проверяется после каждой «посадки» колодца но не реже чем 1 раз в
Применение средств гидромеханизации для разработки грунта
при опускании колодца может осуществляться разработкой грунта
гидромониторами с транспортированием пульпы гидроэлеваторами
или землесосами. Применение гидроэлеваторов целесообразно при
глубине до 15м. глубина разработки грунта на одну «посадку» не
должна превышать 05м. разработка грунта выполняется от приямка
под всосом с постоянным перемещением струи гидромонитора к ножу
колодца где оставляют расчётные зоны опирания. Пульпа от забоя к
приямкам стекает самотёком при уклоне русла потока от 2 до 8% (в
зависимости от грунта).
Разработка грунта при опускании колодца по второй схеме в
водонасыщенных грунтах осуществляется преимущественно
экскаваторами оборудованными грейфером. Эта схема
предпочтительна при больших водопритоках и нецелесообразности
откачки воды из колодца а также из-за наличия неустойчивых
грунтов грозящими наплывами из под ножа.
Подводная разработка грейфером не рекомендуется в грунтах в
которых стенка котлованов у ножа трудно обрушается (связные
грунты и галечники).
Разработка грунта грейферами из под воды осуществляется
равномерно по всей площади колодца – от его центра для того чтобы
грунт под воздействием веса колодца равномерно по контуру
выдавливался под банкеткой ножа.
Опускание колодца производится при непрерывном
инструментальным контролем за его положением.
При опускании колодца в скальных грунтах последние рыхлят
буровзрывным способом выполняя рыхление по всей площади
колодца на глубину предполагаемой «ПОСАДКИ». После рыхления
грунт грузят экскаваторами в бадьи с выдачей его на поверхность
кранами. Разработка скального грунта выполняется не только в
пределах контура но и за контуром наружных граней ножа с
образованием пазух шириной не менее 10см. Для посадки колодца
пазухи под банкеткой ножа подбиваются грунтом. В зонах опирания
породы рыхлят одновременным взрывом во всех зонах.
Устройство днища колодцев
В зависимости от способа опускания колодцев днище может
- в виде одной железобетонной плиты (при опускании колодца
- в виде конструкции состоящей из железобетонной плиты и
бетонной подушки (бетонируемых подводным способом) или
дренажной пригрузки (по второй схеме).
В колодцах опущенных насухо или с применением водопонижения либо открытого водоотлива в зависимости от размеров днища
бетонируют одним блоком или отдельными блоками с соблюдением
непрерывности укладки бетона каждого блока. Первыми бетонируют
блоки (или слои) расположенные у ножа колодца.
При устройстве дренажного слоя перед бетонированием
устраивают специальные приямки оборудованные металлическими
перфорированными патрубками для откачки воды (см. Рис 8.1)
Рис. 8.1. Откачивание воды из приямков в основании
— перфорированная часть патрубка; 2 — приямок;
— дренажный слой; 4 — арматура плиты днища; 5 — реборды;
— закладной патрубок; 7 — гидроизоляция; 8 — фланец;
— заглушки; 10 — резиновая прокладка
Откачку воды производят из дренажного слоя под днищем
постоянно на весь период работ по устройству днища вплоть до
момента набора бетоном проектной прочности. После этого отверстия
патрубков тампонируют закрывают заглушками и заделывают
В некоторых случаях после окончания бетонирования на время
твердения бетона опускной колодец заполняют водой до отметки
уровня подземных вод.
При второй схеме опускания колодца для устройства бетонной
подушки используют методы восходящего раствора (ВР) или
вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).
По методу ВР цементируемый раствор при бетонировании
подают по трубам диметром 50 – 200мм в предварительно засыпанный
на дно колодца крупный заполнитель. Трубы закрепляют в постоянном
положении до окончания бетонирования. Максимальный радиус
распространения цементного раствора от каждой из труб составляет
5м (см. Рис. 8.2.а).
Методом ВПТ бетонную смесь при бетонировании подают по
трубам диаметром 200 – 300мм. Подъём трубы по мере бетонирования
выполняется постепенно не вынимая нижнего конца трубы из смеси
ранее поданного бетона (во избежание расслоения бетонной смеси изза вымывания цементного молока). В зависимости от объёмов
бетонирования и глубины бетонная смесь принимается от
сильнопластичной до пластичной. Радиус распространения бетонной
смеси от трубы составляет 4.5м (см. Рис. 8.2.б).
Рис. 8.2. а) б). Подводное бетонирование подушки колодца
а — методом восходящего раствора ВР; б — методом
вертикально перемещающейся трубы: 1 — трубы для подачи
раствора; 2 — смесительная установка; 3 — крепление трубы к
рабочей площадке; 4 — рабочая площадка; 5 –– гравийная подушка
толщиной 15—30 см; 6 — уровень верха бетонной подушки
Осушение колодца производится после окончания твердения
Схема устройства железобетонной плиты днища по второй
схеме опускания осуществляются насухо после откачки воды из
колодца (см. Рис. 8.3).
Рис. 8.3. Бетонирование днища насухо
—33 — слои бетонирования; I — гидроизоляция: II — бетонная
подготовка; III — дренажный слой
Сооружение колодцев из сборных железобетонных
Опускание колодцев из сборных железобетонных элементов
как правило должно производится в тиксотропной рубашке. Толщина
стен колодца назначается из условий прочности. Монтаж сборных
элементов монтируемого яруса колодца осуществляется в
специальном кондукторе при тщательной разметке мест монтажа.
К замоноличиванию стыков сборных элементов разрешается
приступать после установки 75% панелей стен.
Соответствие форм колодца проекту вертикальность стен перед
началом опускания регламентируется актом на скрытые работы
Опускание опускных колодцев способом задавливания
Способ реализуется посредством задавливания в грунт системой
гидродомкратов оболочки колодца наращиваемой ярусами высотой
кратной величине хода штоков гидродомкратов по мере разработки и
выдачи грунта. При таком погружении обязательно опережение
режущей кромки ножа поверхности забоя.
Этот способ применяется при наращивании стен как сборными
железобетонными или чугунными элементами так и монолитным
железобетоном. Он применим в различных грунтах кроме скальных
полускальных и пород с включением валунов диаметром более 02м.
Порядок работ следующий: перед началом работ по
погружению колодца изготавливают опорную конструкцию в виде
круговой контрфорсной подпорной стенки (см. Рис 10.1)
заглублённой в грунт.
Рис. 10.1. Технологическая схема погружения колодца
способом задавливания
— опорный воротник; 2 — двухконсольная балка;
— гидроцилиндры; 4 — полок; 5 — крепь ствола; 6 — ножевая часть
Опорная конструкция обустраивается устройством для
задавливания (это может быть двухконсольная балка с
гидродомкратами). Внутри опорной конструкции монтируют ножевую
часть а затем стены колодца в сборном или монолитном варианте до
уровня штоков гидродомкратов находящихся в исходных положениях.
После этого начинают цикличное (на величину рабочего хода штоков
домкратов) задавливание колодца с дальнейшим наращиванием стен и
выдачей грунта на поверхность.
Технология погружения методом задавливания позволяет вести
строительство опускных колодцев практически без отклонений от
вертикали. Помимо прочего можно для анкеровки устраивать
Опускной колодец рассчитывается на погружение с учётом
врезания ножа в забой: в песках – на 15м; в супесях и суглинках – на
5м; в глинах – на 05м; в неустойчивых обводнённых грунтах
(плывунах) – не менее чем на 2м.
Проверку прочности и трещиностойкости колодца необходимо
производить при исправлении кренов колодца когда вся домкратная
нагрузка сосредоточена на 13 окружности торца оболочки.
Количество домкратов принимается в зависимости от
грузоподъёмности и диаметра погружаемого колодца.
При погружении колодцев малых диаметров 3 – 6м принимается
– 4 домкрата при диаметре 6 – 10м – 4 – 6 домкратов при
погружении опускных колодцев больших диаметров следует
предусматривать установку домкратов не реже чем через 6 – 7м по
Примеры расчёта опускных колодцев по исходным
Пункт строительства:
Назначение опускного колодца:
Инженерно-геологические условия
Конструктивные особенности колодца
(размерные и конструктивные особенности):
Выбор способа опускания колодца на основе
Радиус круглого колодца (внутренний):
Уровень подземных вод (УПВ)
Пойменная терраса реки
Тикич. Черкасская обл.
колодца – 94м; стены
толщина стенки – 1м;
Погружение колодца без
тиксотропной рубашки с
Распределённая нагрузка q кНм2 на период строительства – 20
кНм на период эксплуатации – 50 кНм2.
условиях строительства
Колодец погружается без тиксотропной рубашки с применением
опережающего водопонижения.
Данные инженерно-геологических условий (см. Табл. 11.1.1)
Инженерно-геологические условия участка строительства
Физ.-механ. хар-ки грунта
Рис.11.1.1. Инженерно-геологический разрез со схемой
продольного сечения колодца
Предварительное значение осреднённой по высоте толщины
стенки колодца = 1м. Наружный радиус колодца:
Определяем для каждого слоя грунта приведённые высоты
лежащих выше слоёв грунта:
Для вычисления основного давления грунта (формула 4.2;
3) по Рис. 11.1.1 определяем коэффициенты и а также функции
2 3 (Рис. 4.3 4.4 4.5). Полученные значения наносим на Рис.
На поверхности земли (отметка 00)
= 0 м; 1 = 19 м3 ; 1 = 17°; 0 = 094 =
; = 10; 1 = 0; 2 = 055; = 02.
= (1 + 02) (0 + 20 055) = 13 кПа;
На отметке -20 для лежащего выше грунта
= 2 м; 1 = 19 м3 ; 1 = 17°; 0 = 2094 =
12; = 096; 1 = 005; 2 = 05; = 018.
= (1 + 018) (19 94 005 + 20 05) = 233 кПа;
На отметке -20 для лежащего ниже грунта
= 205 м; 2 = 185 м3 ; 2 = 25°; 0 =
594 = 0218; = 088; 1 = 0075; 2 = 034; =
= (1 + 028) (185 94 0075 + 20 034) =
На отметке -56 для лежащего выше грунта
= 2 + 1 = 360 + 205 = 565 м; 2 =
5 м3 ; 2 = 25°; 0 = 56594 = 060; =
3; 1 = 018; 2 = 026; = 026.
= (1 + 026) (185 94 018 + 20 026) = 50 кПа;
На отметке -56 для лежащего ниже грунта
= 55 м; 3 = 19 м3 ; 3 = 10°; с =
кПа; 0 = 5594 = 059; = 067; 1 = 0375; 2 =
= (1 + 015) (19 94 0375 + 20 059 15 23) =
На отметке -64 для лежащего выше грунта
= 3 + 2 = 08 + 55 = 63 м; 2 = 19 м3 ; 3 =
°; с = 15 кПа; 0 = 6394 = 067; = 065; 1 =
2; 2 = 060; 3 = 24; = 015.
= (1 + 015) (19 94 042 + 20 060 15 24) =
На отметке -64 для лежащего ниже грунта
= 63 м; 4 = 19 м3 ; 4 = 15°; с = 5 кПа; 0 =
94 = 067; = 066; 1 = 035; 2 = 043; 3 =
= (1 + 019) (19 94 035 + 20 043 5 21) =
На отметке -83 для лежащего выше грунта
= 4 + 3 = 19 + 63 = 82 м; 4 = 19 м3 ; 4 =
°; с = 5 кПа; 0 = 8294 = 087; = 060; 1 =
3; 2 = 041; 3 = 23; = 019.
= (1 + 019) (19 94 043 + 20 041 15 23) =
На отметке -88 для лежащего выше грунта
= 5 + 4 + 3 = 05 + 19 + 63 = 87 м; 4 =
м3 ; 4 = 15°; с = 5 кПа; 0 = 8794 =
3; = 058; 1 = 045; 2 = 039; 3 = 23; = 019.
= (1 + 019) (19 94 045 + 20 039 5 23) =
На отметке -105 для лежащего выше грунта
= 6 + 5 + 4 + 3 = 05 + 19 + 17 + 63 =
4 м; 4 = 19 м3 ; 4 = 15°; с = 5 кПа; 0 =
494 = 1106; = 056; 1 = 049; 2 = 035; 3 =
= (1 + 018) (19 94 049 + 20 035 5 235) =
Удельные силы трения грунта (см. Рис. 11.1.1.б) определяем
на отметке 000. 0 = 13 0.3057 = 4 кПа;
на отметке -200 1 = 223 03057 = 68 кПа;
= 254 04663 = 118 кПа;
на отметке -560 2 = 50 04663 = 233 кПа;
= 509 01763 + 15 = 2535 кПа;
на отметке -640 .. 3 = 587 01763 + 15 = 2535 кПа;
= 7213 02679 + 5 = 2432 кПа;
на отметке -830 4 = 875 02679 + 5 = 2844 кПа;
на отметке -880 5 = 90 02679 + 5 = 2911 кПа;
на отметке -1050 .. 6 = 977 02679 + 5 = 3117 кПа.
Рис. 11.1.2.аб. Эпюры давления грунта (а) и удельных сил
трения (б) для условий строительства
Силу трения грунта для расчёта на погружение находим по
= 849128 + 395577 = 1244705 кН.
Вес колодца необходимый для погружения на проектную
глубину находим из выражения (5.1).
= 115 1244705 = 143141 кН.
Вес колодца после уточнения размеров:
= 0 = 09 25 5464 = 12294 кН
Вывод. Требуется пригрузка на период погружения.
Сила трения 1 определяется по формуле (4.14).
= 052 = 05 1244705 = 622353 кН.
Вес грунта находящегося выше уступа ножа:
= 09 19 314 915 2 01 83 = 680 кН.
= 09 15 25 314 (82 + 87)2 = 7567 кН.
Расчёт на всплытие выполняем по зависимости (5.15)
нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузок;
- сумма усилий трения; - площадь основания колодца;
- расчётное превышение уровня подземных вод над основанием
днища колодца; - коэффициент надёжности от всплытия
принимаемый равным 12.
3141 + 622353 + 680 + 7567 28785
= 131 > 12 следовательно устойчивость против
всплытия обеспечена.
Давление грунта находим из выражения (4.10)
3141 115 (849128 + 628 94 22 5)
Коэффициент неравномерности бокового давления грунта
определяется по выражению (4.8).
поскольку = 0 выражение преобразуется:
Находим нагрузку на 1 пояс равный 2м:
Интенсивность этой нагрузки q=1698 кНм тогда по формулам:
= 01488 1698 8952 (134 1) = 1303 кН м;
= 01366 1698 8952 (134 1) = 1196 кН м;
= 1698 895 [1 + 07854 (134 1)] = 1925 кН;
= 1698 895 [1 + 05 (134 1)] = 1778 кН.
условиях эксплуатации
В условиях эксплуатации после прекращения водопонижения
вокруг колодца восстанавливается естественный (природный уровень
подземных вод – УПВ) а также изменяется (увеличивается)
интенсивность нагрузки q до величины 50 кНм2. (см. Рис. 11.2.1).
Рис. 11.2.1. Инженерно-геологический разрез со схемой
продольного сечения колодца для условий эксплуатации
Примечание: для грунтов слоёв III IV V ввиду взвешенного
действия воды принимается равным 10 кНм3.
Основное давление грунта до отметки -560м (кровля глины
ленточной) определяем по графикам (Рис. 4.1; 4.3; 4.4; 4.5) и наносим
на эпюру давления грунта для условий эксплуатации (Рис. 11.2.2).
Ординаты эпюры давления до отметки -560 м
= (1 + 02) (0 + 50 055) = 33 кПа;
На отметке -20 для лежащего выше грунта:
= 2 м; 1 = 19 м3 ; 1 = 17°;
= 2094 = 0212; 2 = 049;
= (1 + 02) (19 94 011 + 50 049) = 53 кПа;
На отметке -20 для лежащего ниже грунта:
= 205 м; 2 = 185 м3 ; 2 = 25°;
= 20594 = 0218; = 096; 1 = 005;
= (1 + 02) (185 94 005 + 50 037) = 33 кПа;
На отметке -290м для лежащего выше грунта:
= 2 + 1 = 09 + 205 = 295 м; 3 = 185 м3 ;
= 25°; 2 = 29594 = 0313;
= 0098; 2 = 032; = 027.
= (1 + 027) (185 94 0098 + 50 032) =
На отметке -290 для лежащего ниже грунта:
= 2 + 2 = 27 + 295 = 565м; 3 = 10 м3 ;
= 25°; 2 = 56594 = 060; = 077;
= 018; 2 = 028; = 026.
= (1 + 026) (10 94 018 + 50 028) = 39 кПа;
На отметке -560 для лежащего выше грунта:
= 3 + 2 = 27 + 565 = 835 м; 3 = 185 м3 ;
= 25°; 3 = 83594 = 089;
= 0065; 2 = 005; = 024; = 0245;
= (1 + 024) (185 94 0065 + 50 005) =
Ординаты эпюры давления для глинистых грунтов (ниже
отметки -560) определяем по формуле (4.18)
На отметке -560 для лежащего ниже грунта
= 3 (3 + 2 )4 = 10 (27 + 53)10 = 80м;
= 07 (10 80 + 50) = 91 кПа;
На отметке -640 для лежащего выше грунта
= 08 + 80 = 88м; 4 = 10 м3 ; 4 = 10°; = 07
= 07 (10 88 + 50) = 966 кПа;
На отметке -640 для лежащего ниже грунта
= 88м; 5 = 10 м3 ; 5 = 15°; = 05
= 05 (10 88 + 50) = 69 кПа;
На отметке -830 для лежащего выше грунта
= 5 + 4 = 19 + 80 = 99м; 5 = 10 м3 ;
= 05 (10 99 + 50) = 745 кПа;
На отметке -880 для лежащего выше грунта
= 6 + 5 = 05 + 99 = 104м; 5 = 10 м3 ;
= 05 (10 104 + 50) = 77 кПа;
= 7 + 6 = 17 + 104 = 121м; 5 = 10 м3 ;
= 05 (10 121 + 50) = 855 кПа.
Рис. 11.2.2. Эпюра давления грунта (для условий
Определяем нагрузку на 1 пояс:
Интенсивность этой нагрузки q=1698 кНм тогда находим:
= 01488 146 8952 (11 1) = 174 кН м;
= 01366 146 9552 (11 1) = 160 кН м;
= 146 955 [1 + 07854 (11 1)] = 1504 кН;
= 146 955 [1 + 05 (11 1)] = 1464 кН.
Определяем максимальное сжимающее усилие от
гидростатического давления воды на отметке -88м.
= = 59 895 = 528 кН;
= (88 29) = 59 10 = 59 кНм.
Окончательно получим:
= 1504 + 528 = 2032 кН;
= 1464 + 528 = 1992 кН.
Исходные данные для выполнения курсового проекта.
Пункт строительства мостового перехода через реки:
(1)Западный Буг (2)Куяльник (3)Тилигул (4) Припять
(5) Ятрань (6) Десна (7) Рось (8) Сула (9) Псёл (10) Ворскла
(11) Самара (12) Ингул (13) Миус (14) Сейм (15) Саксагань
(16) Кальчик (17) Оскол (18) Лугань (19) Лопань (20) Бахмут.
(1) – номер варианта пункта строительства
толщина стен колодцев – 10м
нагрузки q кНм2 –(на период строительства -20 кНм2 на
период эксплуатации - 50 кНм2).
Условные обозначения:
Состав курсового проекта
Введение. (Приводятся данные характеризующие принятый тип
конструктивного решения фундамента. Причины
обуславливающие применение данного типа
фундамента в мостостроении).
Исходные данные для проектирования:
- Пункт строительства вид сооружения характерные
особенности рельефа;
- геологические гидрогеологические условия на участке
- размерные и конструктивные параметры опускного колодца;
- метод погружения опускного колодца принятый в проекте.
Расчёт опускного колодца на стадии строительства.
Расчёт опускного колодца на стадии эксплуатации.
Перечень выполняемых работ.
Подсчёт объёмов работ.
Графическая часть проекта в составе: ситуационный план
исходные данные для проектирования характерные эпюры
напряжений для стадий проектирования – (по расчётам)
пояснения по технологическим этапам производства работ
объёмы работ по результатам расчётов.
Список использованных нормативных источников и
специальной технической литературы.
Пример выполнения графической части
специальной технической литературы
ДБН А.2.1-1-2008. Инженерные изыскания для
ВСН 150-88 Минстрой СССР. Нормы по инженерногеологическим изысканиям железнодорожных
автодорожных и городских мостовых переходов. ЦНИИС.
РСН 65-87 Госстрой РСФСР. Инженерные изыскания для
строительства. Сейсмическое микрорайонирование.
Технические требования к производству работ. ПО
ДБН В.1.2-15-2009. Навантаження та впливи. Мости та
труби. Київсоюзпроект.
ДБН В.1.1-12:2006. Строительство в сейсмических районах
Украины. Минрегионбуд.
ДБН В.1.2-14-2008. Загальні принципи забезпечення
надійності та конструктивної безпеки будівель споруд
будівельних конструкцій та основ.
УкрНДпроектстальреконструкція ім.. Шимановського.
Ивахнюк В. А. Опускные сооружения в строительстве
горных предприятий. – М.: Недра 1973. – 134 с.
Силин К. С. Глотов Н.М. Опускные колодцы. – М.:
Транспорт 1971. – 229 с.
Справочник проектировщика. Основания фундаменты и
подземные сооружения. Под редакцией Е. А. Сорочана
Ю. Г. Трофименкова. – М.: Стройиздат 1985. – 480 с.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
ДБН В.2.6-98-2009. Бетонні та залізобетонні конструкції.
Основні положення. ДНДБК.

MU Raschyot i proektirovanie opusknykh kolodtsev (2).docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
Кафедра оснований и фундаментов
РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И ОБОЛОЧЕК
Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию (спецкурс) для студентов специальности 6.06.101 “Мосты и транспортные тоннели” Направление 06 01 “Строительство”
Редакционно – издательскими
СОСТАВИЛ: к.т.н. доц.. Пивонос В. М.
РЕЦЕНЗЕНТ: д.т.н. проф. Мишутин А.В. – зав. Каф. ПСЭАД ОГАСА.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА ВЫПУСК: зав.кафедрой оснований и фундаментов к.т.н. п. проф. Новский А. В.
TOC o "1-3" h z u Введение PAGEREF _Toc350922977 h 4
Технологические особенности способов погружения опускных колодцев PAGEREF _Toc350922978 h 5
Конструктивные решения PAGEREF _Toc350922979 h 6
Исходные данные для разработки проектной документации PAGEREF _Toc350922980 h 17
Методы расчета опускных колодцев PAGEREF _Toc350922981 h 21
Расчёты для условий строительства PAGEREF _Toc350922982 h 39
Расчёты для условий эксплуатации PAGEREF _Toc350922983 h 45
Схемы опускания колодцев PAGEREF _Toc350922984 h 46
Устройство днища колодцев PAGEREF _Toc350922985 h 50
Сооружение колодцев из сборных железобетонных элементов PAGEREF _Toc350922986 h 53
Опускание опускных колодцев способом задавливания PAGEREF _Toc350922987 h 53
Примеры расчёта опускных колодцев по исходным данным PAGEREF _Toc350922988 h 56
1. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в условиях строительства PAGEREF _Toc350922989 h 56
2. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в условиях эксплуатации PAGEREF _Toc350922990 h 65
ПРИЛОЖЕНИЯ PAGEREF _Toc350922991 h 70
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 PAGEREF _Toc350922992 h 71
Исходные данные для выполнения курсового проекта. PAGEREF _Toc350922993 h 71
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 PAGEREF _Toc350922994 h 82
Состав курсового проекта PAGEREF _Toc350922995 h 82
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 PAGEREF _Toc350922996 h 83
Пример выполнения графической части PAGEREF _Toc350922997 h 83
Список использованных нормативных источников и специальной технической литературы PAGEREF _Toc350922998 h 85
Опускные колодцы представляют полую конструкцию любого очертания в плане (отрытую сверху и снизу) погружаемую как под собственным весом так и под действием дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри него .
Экономическая и технологическая целесообразность применения методов строительства фундаментов глубокого заложения в виде опускных колодцев обусловлено условиями когда устройство других видов фундаментов( свай забивных и буровых большой длины свай-оболочек кессонов) экономически не целесообразно или технически не осуществимо. Например при строительстве мостовых переходов через глубоководные реки глубиной более 20м и необходимости заглубления фундаментов на отметки более 40м ниже уровня воды при значительной удалённости объекта от промышленных баз в связи з чем затруднена доставка оборудования и материалов. В таких случаях сооружение опускных колодцев является оптимальным решением при котором возможно устройство фундаментов с глубиной заложения значительно превышающих заглубление кессонных фундаментов.
Технологические особенности способов погружения опускных колодцев
Основным расчётным фактором при проектировании опускных колодцев является сопротивление погружению конструкции колодца возникающее от сил трения грунта по боковой поверхности оболочки.
Существует ряд способов позволяющих уменьшать силы трения грунта по боковой поверхности оболочек колодцев:
- обмазка поверхности контактирующей с грунтом эпоксидными смолами (при этом улучшаются условия погружения опускных колодцев величина трения снижается до25%)
- принудительное воздействие для преодоления сил трения (дополнительная пригрузка в сочетании с вдавливанием домкратами применение мощных вибраторов и т.п.)
- погружение колодцев в тиксотропной рубашке (один из наиболее распространённых и эффективных способов уменьшения сил трения).
При использовании указанного способа погружения появляется возможность уменьшить вес колодца (иногда в 2-3 раз). В результате сокращаются объёмы и стоимость работ сокращаются сроки строительства.
В зависимости от гидрогеологических условий с учётом экономической целесообразности опускные колодцы могут погружаться следующими способами:
- без водоотлива (в условиях отсутствия подземных вод или при подводной разработке грунта);
- с открытым водоотливом;
- с устройством противофильтрационных завес;
- комбинацией приведённых выше способов.
Конструктивные решения
Наружные размеры опускных колодцев для глубоких опор в плане поверху должны быть больше размеров надфундаментной части на величину (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема опускного колодца:
а – габарит опоры моста м;
Н0 – внутренняя глубина колодца м;
Нw – глубина погружения колодца м;
О5 – величина уступа между опорой моста и наружной гранью боковой поверхности колодца.
определяется из выражения 2.1.
В практике современного строительства получили распространение бетонные и железобетонные колодцы.
Формы внешнего контура в плане опускных железобетонных колодцев могут быть круглыми прямоугольными прямоугольными с закруглёнными торцевыми стенами и углами с внутренними перегородками и без них. Наиболее предпочтительной является круглая форма (наиболее благоприятные условия опускания и эксплуатации).
Железобетонные колодцы применяются в основном трёх типов: монолитные сборные сборно-монолитные.
Оболочки монолитных опускных колодцев состоят из двух основных частей: из ножевой с банкеткой и из собственно оболочки.
Ножевую часть колодца (нож) предпочтительней выполнять из железобетона т.к. металлическая конструкция или облицовка ножа металлом не эффективно в грунтах с твёрдыми включениями при контакте с которыми она деформируется и в дальнейшем затрудняется погружение опускание.
Основные типы ножей представлены на Рис. 2.2.
Рис. 2.2 Типы ножей опускных колодцев
bw – толщина ножевой части с банкеткой;b – ширина банкетки; C – размер полки для опирания плиты;hp – размер соответствующий толщине железобетонной плиты днища
Ножевая часть опускного колодца должна выступать за контуры стены оболочки во внешнюю сторону на 100-150 мм для обеспечения зазора с целью уменьшения сил трения при погружении. При погружении в тиксотропной рубашке на этом участке закрепляют манжет (уплотнитель).
Ножи типа а) и б) рекомендуется применять при опускании колодца в сухих грунтах с водоотливом или с водопонижением. Ножи типа в) и г) рекомендуется применять при опускании колодцев подводным способом.
При изготовлении (бетонировании) на временном основании (в траншее или на призме см. рис. 2.3) можно применять все виды ножей.
Рис.2.3. Временное основание под нож колодцев:
а) – на щебёночной призме: 1 – железобетонное кольцо форшахты; 2 – нож колодца; 3 – призма из щебня или гравия.
б) – в траншее: 1 – откос траншеи; 2 – плиты оболочки или щиты опалубки
Рекомендуемые размеры составных частей ножей опускных колодцев (см. Рис. 2.2).
b – ширина банкетки 02 – 06 м;
С – размер полки для опирания плиты 02 – 04 м;
hp – соответствует толщине железобетонной плиты днища.
Толщина стен монолитных железобетонных колодцев назначается из условия создания требуемого веса для преодоления сил трения возникающих при погружении (иногда могут достигать 2 – 25 м).
Колодцы из монолитного железобетона имеют существенные недостатки: - значительную материалоёмкость трудоёмкость и т.п. они полностью изготавливаются на строительной площадке.
Наиболее прогрессивными являются разработанные в последнее время конструкции опускных колодцев с применением облегчённых сборных железобетонных элементов таких например как:
- из пустотных криволинейных блоков укладываемых с перевязкой швов с соединением на сварке закладных деталей;
- из типовых лотковых плит собираемых на заранее выполненном монолитном каркасе колодца;
- из пустотелых прямоугольных блоков укладываемых без перевязки швов и соединяемых с помощью петлевых стыков (см. Рис. 2.4.а);
- из вертикальных панелей соединяемых с помощью петлевых стыков или сваркой с использованием металлических накладок и замоноличиванием соединений (см. Рис. 2.4.б).
Рис. 2.4. Опускные колодцы:
а) – из панелей; б) – из блоков; 1 – панели; 2 – форшахта; 3 – тиксотропная рубашка; 4 – блоки; 5 – монолитные железобетонные пояса; 6 – монолитный железобетонный нож
Опускные колодцы представленные на Рис. 2.4 получили наибольшее распространение в практике строительства.
Из плоских панелей большой длины – на всю высоту колодца (Рис. 2.4.а) устраивают колодцы с глубиной опускания до 20 м. панели между собой соединяют с помощью петлевых стыков либо накладками на сварке. Плоские панели в опалубке формируются одновременно с ножевой частью. При необходимости (в случае отсутствия достаточного по грузоподъёмности кранового оборудования панели по высоте расчленяются на отдельные элементы которые затем в процессе монтажа соединяют сваркой закладных деталей (поярусно). Такие колодцы ввиду их малой массы опускают в тиксотропной рубашке.
Практика строительства показывает что устойчивость грунта при погружении колодцев в тиксотропной рубашке обеспечивается гидравлическим напором глиняной суспензии на 1 м при её плотности 105 – 107 гсм3. Для обеспечения устойчивости грунтовой стенки в верхней части по периметру устья рубашки устраивают форшахту в виде железобетонного пояса. Изредка для этих целей применяют деревянные или металлические щиты устанавливаемые на деревянное или железобетонное основание. Форшахту страивают высотой 08 – 12 м.
Тиксотропная рубашка выше уровня внешнего уступа ножа исключает возникновение сил трения по наружной поверхности оболочки колодца.
Высота ножевой части (расстояние от банкетки до наружного уступа) принимается не менее 2 – 25 м независимо от глубины погружения ширина уступа 100 – 150 мм.
Для предотвращения утечки глиняного раствора по периметру вдоль наружной стенки ножевой части колодца на его уступе устраивают уплотнитель. Вариант конструкции уплотнителя представлен на Рис. 2.5.
Рис. 2.5. Манжет тиксотропной рубашки:
- инъекционная труба; 2 – защитный уголок; 3 – тиксотропная глинистая суспензия; 4 – форшахта; 5 глиняный замок; 6 – уплотнитель из транспортёрной ленты; 7 – анкерный болт; 8 – прижимной уголок; 9 – ножевая часть стенки колодца; 10 – крепёжная планка
Уплотнение зазора между грунтом и стенкой выполняется в виде манжета из нескольких(3 – 4 слоёв) транспортерной ленты с замком из пластичной глины. Ширину ленты нижнего слоя изготовляют не более 05м последующие слои соответственно меньшей ширины. Манжет крепится к уступу анкерными болтами с прижимным уголком. Высота глиняного замка 04 – 06м с превышением по верху на 150 – 200 мм выше края отогнутой по грунтовой стенке транспортерной ленты.
Уплотнение достигается с помощью выступа за счёт образования в процессе погружения зоны уплотнённого грунта по всему периметру колодца.
Размер от края выступа до наружной поверхности оболочки рекомендуется принимать в пределах 50 – 100 мм при этом уточняется в процессе строительства для различных грунтовых условий.
Конструктивно узел уплотнения решается в виде неравнополочного уголка приваренного к металлической полосе заанкеренной в бетоне ножа. Анкеровка этого узла рассчитывается на нагрузки необходимые для преодоления сопротивления грунта вследствие его уплотнения при погружении колодца. Схема вышеуказанной конструкции представлена на Рис. 2.6.
Рис. 2.6. Уплотняющее устройство для предотвращения утечки из тиксотропной рубашки конструкции «ФУНДАМЕНТПРОЕКТ»
– заанкеренная металлическая полоса по периметру уступа ножа; 2 – неравнополочный уголок по контуру ножа приваренный к полосе 1; 3 – анкерные стержни; 4 – опорный уголок; 5 – металлический нож; 6 – ребро
При заполнении полости рубашки суспензией при погружении колодцев в песчаных водонасыщенных грунтах раствор следует подавать в нижнюю зону тиксотропной рубашки по инъекционным трубам которые располагают в плане через 3 – 6 м по наружному периметру опускного колодца.
Нижняя часть инъекционных труб перфорируется на длине 07 – 08м конец трубы закрывается заглушкой.
Перфорации в трубе выполняются на половине её периметра – со стороны стенки колодца. Труба располагается на расстоянии 10 – 20 мм от поверхности стены. Защитные уголки на инъекционных трубах служат для защиты их от навала грунта. Подача суспензии осуществляется с помощью коллектора монтируемого у верхнего края колодца и объединяющего все верхние концы инъекторов.
Днище опускного колодца выполняется в монолитном железобетоне независимо от конструкции оболочки. При погружении колодцев насухо (при отсутствии подземных вод или с применением водопонижения) основание днища выравнивается дренирующим материалом.
Для дренажа применяют щебень гравий песок которые укладывают по типу обратного фильтра – от меньших фракций внизу до более крупных вверху.
Оклеечную гидроизоляцию днища устраивают под железобетонной плитой на подготовке из монолитного бетона металлическую гидроизоляцию выполняют поверх плиты. На Рис. 2.7. представлены схемы конструктивных решений основания днища колодцев.
Рис. 2.7. Варианты конструктивных решений основания днища колодца:
а) – при разработке грунта с водопонижением; б) – с выемкой грунта из под воды; 1 – железобетонное монолитное днище; 2 – гидроизоляция битумными материалами; 3 – цементная стяжка; 4 – бетонная подготовка; 5 – толь рубероид или гидрорелин; 6 – дренажный слой; 7 – бетонная подушка
При опускании колодца с выемкой грунта из-под воды в основании укладывают подушку из дренирующего материала или из бетона. Дренажная подушка пригружает грунты в основании сохраняя их устойчивость при откачке воды из котлована (рекомендуется применять при невысоком уровне подземных вод).
Бетонную подушку выполняют методом подводного бетонирования. Толщина подушки определяется расчётом на прочность от воздействия гидростатической нагрузки в период устройства днища.
Верхняя граница гидроизоляции по наружной поверхности стен принимается на 05м выше прогнозируемого уровня подземных вод.
Для погружения колодца (когда внутри него предполагается устройство помещений) по наружной поверхности стен устраивают гидроизоляцию из торкретбетона с нанесением на неё дополнительно окрасочной битумной изоляции. С появлением современных гидроизолирующих материалов выполняют пропиточную гидроизоляцию составами типа «ПЕНЕТРОН».
Железобетонные стены и днища колодцев рекомендуется проектировать из тяжёлого бетона марки не ниже М200(класс В15). Для условий погружения и эксплуатации в обводнённых грунтах проектная марка бетона по водопроницаемости должна быть не ниже В4. Морозостойкость бетона должна обеспечиваться в пределах глубины (зоны) влияния отрицательных температур.
Минимальная толщина элементов железобетонных конструкций колодцев должна назначаться следующей мм:
- монолитные наружные стены – 300;
- сборные наружные стены – 200;
- защитный слой бетона для рабочей арматуры – 30;
- то же в основании днища – 35.
Исходные данные для разработки проектной документации
В зависимости от сложности конструкций подземных сооружений от гидрогеологических и инженерно-геологических условий площадки строительства опускные колодцы проектируют в одну или две стадии.
В одну стадию для колодцев строительство которых осуществляется по типовым и повторно применяемым проектам а так же для несложных объектов.
В две стадии для колодцев строительство которых будет осуществляется по индивидуальным проектам в сложных условиях.
Под «сложными условиями» понимается ряд факторов определяющих условия проектирования и строительства.
К этим факторам следует отнести:
а) сложные инженерно-геологические условия;
б) большие нагрузки передаваемые от надземных конструкций: от 10 МН и более;
в) сложный характер динамического воздействия при эксплуатации;
г) большие габариты сооружения – с увеличением линейных размеров сооружения нагрузки возрастают как минимум в квадратной зависимости;
д) сложные геотехнические условия – сейсмическая опасность и т.п.
Исходные данные для составления проекта должны включать как правило:
- техническое задание;
- материалы инженерно-геологических и гидрологических изысканий и данные о климатических условиях района строительства;
- технические условия проектирования.
Техническое задание на проектирование строительной части должно помимо общих данных (стадии проектирования назначения класса сооружения; габаритов и конфигурации внутренних помещений при их наличии) должно содержать:
- план площадки в масштабе 1:500 в горизонталях через 05 – 1м с указанием планировочных отметок (вертикальной планировки) с привязкой всех существующих на площадке объектов инженерных сетей подземных путей и т.п.;
- технологические планы по всем перекрытиям;
- планы размещения ниш отверстий анкерных болтов внутренних стен и перегородок закладных деталей и т.п.;
- сведения о нагрузках их динамическом характере нагрузках на закладные детали и анкерные болты;
- данные о влажностном режиме заглублённых сооружений при их наличии;
- в случае наличия примыкающих сооружений данные об этих сооружениях и их фундаментах.
Инженерно-геологические изыскания необходимые для проектирования колодцев должны проводится в соответствии с требованиями:
ВСН 150-88 МИНТРАНССТРОЙ СССР. Нормы по инженерно-геологическим изысканиям железнодорожных автодорожных и городских мостовых переходов. ЦНИИС;
ДБН А.2.1-1-2008. Инженерные изыскания для строительства;
РСН 65-87 ГОССТРОЙ РСФСР. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Технические требования к производству работ. ПО «Стройизыскания».
При этом должны быть учтены дополнительные условия:
- при диаметре колодца менее 15м в песчаных и глинистых грунтах число инженерно-геологических скважин должно быть не менее трёх а глубина их должна быть более глубины колодца на величину его размера по наружному контуру но не менее 5м;
- при диаметре колодца более 15м а также в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях число скважин и их глубина назначаются проектной организацией по специальной программе;
- скважины должны располагаться в пределах контура проектируемого опускного колодца либо вблизи него на расстоянии не более 5м от наружного контура.
В составе изысканий приводятся инженерно-геологическая характеристика площадки геологические разрезы сведения о водоносных горизонтах прогнозы максимального подъёма их уровня данные о степени их агрессивности.
Для сооружений возводимых на берегах рек и озёр должна быть приведена гидрологическая характеристика водоёма.
В технических условиях на проектирование колодца определяются основные конструктивные решения увязанные с характером производств работ.
Решения согласовываются с генеральным проектировщиком и со специализированной строительной организацией.
Технические условия должны отражать:
- основные положения конструктивных решений;
- очерёдность монтажа и опускания колодца по ярусам максимальный вес и габариты сборных элементов (для сборных колодцев) условия бетонирования (для монолитных колодцев);
- отметку дна пионерного котлована из которого будет производится погружение колодца;
- порядок ликвидации временного основания;
- условия строительства примыкающих сооружений и коммуникаций;
- способы опускания колодца (без водоотлива с водоотливом с применением глубинного водопонижения с подводной разработкой грунта);
- способ осушения строительной площадки;
- способы разработки и транспортирования грунта;
- условия для приготовления тиксотропного раствора его состав и физические характеристики.
Помимо этого для составления проекта производства работ в технических условиях должны быть указаны:
- существующие источники водоснабжения;
- места отвалов грунта (сухого и пульпы);
- наличие бетонных хозяйств и производств для возможного размещения для изготовления элементов сборного колодца и других изделий;
- наличие источников электроснабжения;
- наличие временных сооружений с возможным использованием их для нужд строительства опускного колодца.
Методы расчета опускных колодцев
Расчёты при проектировании должны производится на нагрузки и воздействия которые определяются условиями строительства и эксплуатации сооружения.
Расчётные нагрузки принимаются как произведение нормативной нагрузки на коэффициенты надёжности по нагрузке учитывающие возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений.
Нормативные нагрузки коэффициенты надёжности по нагрузке приведены в Табл. 4.1 и сочетания нагрузок принимаются в соответствии с:
ДБН В.1.2-15-2009. Навантаження та впливи. Мости та труби. Київсоюзпроект;
ДБН В.1.2-14-2008. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель споруд будівельних конструкцій та основ. УкрНДпроектстальреконструкція ім. В. М. Шимановського;
ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Основні положення проектування. НДБК.
Коэффициенты надёжности по нагрузке на период строительства
Нагрузки и воздействия
Коэф.надёжности по нагрузке
Вес строительных конструкций Н:
Основное давление грунта Па
Дополнительное давление грунта от наклона пластов Па
Гидростатическое давление подземных вод Па
Сила трения колодца по грунту при расчёте на всплытие Н
Пригрузка колодца анкерами против всплытия Н
Сила трения стен колодца по грунту при погружении Н
Пригрузка колодца при погружении Н
Сопротивление грунта под подошвой ножа при погружении колодца Н
Дополнительное горизонтальное давление грунта вызываемое креном колодца Па
Значение коэффициента надёжности по нагрузке указанные в скобках должны приниматся при расчёте на погружение и всплытие устойчивости на опрокидование и скольжение а также в других случаях коогда ухудшаются условия работы конструкцій.
При расчёте конструкций и оснований по деформациям коэффициент надёжности по нагрузке принимается равным 1.
Для колодцев погружаемых в обводнённых грунтах без водопонижения с подводной разработкой грунта вес стен колодца находящихся ниже уровня воды в период погружения определяется с учётом взвешивающего действия воды.
Гидростатическое давление подземных вод Pw следует учитываать для частей колодца погружаемых ниже уровня подземных вод в любые грунты независимо от способа погружения колодца. За расчётный принимается уровень подземных вод по максимальным прогнозным данным.
Горизонтальное давление грунта на колодец определяется как сумма давлений: основного Pg - от веса грунта с горизонтальной поверхностью и с постоянной на ней нагрузкой с учётом влияния сил трения действующих на боковой поверхности колодца и дополнительного – от наклона пластов Pgi и возникающего при кренах погружаемого колодца Pgs.
Для колодцев погружаемых ниже уровня подземных вод значение общего горизонтального давления определяется как сумма давлений (основного и дополнительного) грунта и гидростатического давления подземных вод при этом основное давление грунта определяется с учётом взвешивающего действия воды.
Удельный вес грунта γsв с учётом взвешивающего действия воды определяется по формулам (4.1):
γsв=(γs-γw)1+e;γsв=γd-(1-n100)γw (4.1)
гдеγs - удельный вес частиц грунта который в среднем может быть принят:
- для песка 266 кНм3;
- для супеси и суглинка 270 кНм3;
- для глин 274 кНм3;
γw - удельный вес воды 10 кНм3;
е – коэффициент пористости;
γd - удельный вес сухого грунта кНм3;
Значение основного давления грунта на колодец определяется как активное давление грунта на цилиндрическое ограждение (формула 4.2):
Pg=(1+Kp) Pa.r (4.2)
где Кр – коєффициент учитывающий дополнительное давление грунта возникающее в результате действия сил трения (определяется по Рис. 4.1);
Pa.r - активное давление грунта на гладкое цилиндрическое ограждение:
Pa.r=γrtg 4-φ2λ-11-rrвλ-1+qrrвλtg24-φ2++Kcctg φ rrвλtg24-φ2-1 (4.3)
где γ - удельный вес грунта;
r - наружный диаметр круглого в плане колодца или условный радиус для некруглых колодцев (см. Рис. 4.2).
Рис. 4.1. Зависимость коэффициента Кр от hr
φ – угол внутреннего трения грунта град;
λ=2tg φtg (4+φ2); (4.4)
rв=r+htg (4-φ2); (4.5)
где h - расстояние от поверхности грунта до рассматриваемого сечения;
q - равномерно распределённая нагрузка Нм2;
С – сцепление грунта Па;
К – коэффициент учитывающий уменьшение сцепления грунта в результате сдвига в призме обрушения.
Рис. 4.2. Схема к определению условного радиуса некруглых в плане колодцев
В зависимости от консистенции грунта значение К рекомендуется принимать:
Pa.r может быть определено по формуле:
Pa.r=γrF1+q F2-Kc F3 (4.6)
где F1 F2 F3 – функции зависящие от угла внутреннего трения φ и коэффициента n (определяется по Рис. 4.3 4.4 4.5)
Рис. 4.3. Определение значений:
а) n – от б) F1 – от n
Рис. 4.4. Определение значений F2 от n
Рис. 4.5. Определение значений F3 от n
Если колодец погружается в грунт с разнородными напластованиями то при расчёте удобнее грунт залегающий выше расчётного сечения заменять на эквивалентный слой с приведённым значением удельного веса. Высота эквивалентного слоя определяется по формуле:
γ – удельный вес грунта рассматриваемого слоя.
Коэффициент неравномерности Ки давления грунта по периметру колодца в период его погружения определяется из выражения (4.8):
Ku=(Pg+Pgi+ Pgs)Pg (4.8)
где Pg Pgi Pgs – определяются для глубины h=HW-Hв2 где HW – проектная глубина погружения колодца Hв – высота ножевой части колодца или расчётного пояса.
Значение Ки для колодцев погружаемых без рубашки следует принимать не менее 125.
Дополнительное давление грунта вызываемое наклоном пластов определяется из выражения (4.9):
где α – коэффициент принимаемый в зависимости от угла наклона пластов :
Дополнительное давление Pgi нагружая колодец с одной стороны вызывает симметричный отпор грунта с противоположной стороны.
Для круглых в плане колодцев эту нагрузку рекомендуется принимать изменяющейся в плане по наружному контуру по закону косинуса т.е. Pgicos (см. Рис. 4.6).
Рис. 4.6. Схема характеризующая распределение основного и дополнительного давления грунта
Дополнительное давление грунта обусловленное наклоном пластов нагружая колодец с одной стороны вызывает симметричный отпор грунта с противоположной стороны.
Дополнительное давление грунта вызываемое кренами колодца можно определить по формулам ВНИИГС:
- для круглого колодца:
Pgs=Gw-γpl(T2+AIKс)rHвtgφ-2Pg (4.10)
- для прямоугольного колодца:
Pgs=Gw-γpl(T2+AIKс)(a+b)Hвtgφ-(1+ba)Pg (4.11)
где Gw - расчётное значение веса опускного колодца при погружении;
a и b – наибольшая и наименьшая стороны прямоугольного колодца;
T2 - расчётная сила трения грунта выше ножевой части колодца определяемая для глубины h=HW-Hв через удельную силу трения грунта t по боковой поверхности колодца из выражения:
t=γc(Pg tgφ+Kc) (4.12)
здесь γc - коэффициент условий работы принимаемый: 12 – для плотных песков с гравием или щебнем и 10 для остальных грунтов;
AI- площадь поверхности ножевой части колодца или расчётного пояса м2.
Для колодцев с очертанием в плане отличным от окружности при определении удельной силы трения грунта по боковой поверхности стен колодца в период погружения условный радиус принимается равным расстоянию от оси колодца до наиболее удалённой точки наружной поверхности (см. Рис. 4.2).
Расчётное значение силы трения по боковой поверхности стен колодца при его погружении определяется выражением:
T2=ut0+t12h1+t1+t22h2+ +tn-1+tn2hn (4.13)
где u - наружный периметр колодца м;
t0 t1 tn - удельные силы трения соответствующие промежуткам деления высоты погружения колодца h и определяемые по формуле (4.12);
n - число промежутков деления Hw.
При расчёте колодца на всплытие сила трения грунта на боковой поверхности стен колодца T1 принимается равной половине силы T2 определяемой по формуле (4.13) т.е.:
Пригрузка колодцев при их погружении применяется при соответствующем технико-экономическом обосновании и может осуществляться грузами или с помощью домкратов и анкерных устройств.
Сопротивление грунта под ножом при погружении колодца Fu определяется по формуле:
где Aв - площадь подошвы ножа м2;
Pu - предельная нагрузка на основание Нм2 определяется в зависимости от относительного заглубления ножа в грунт hb (здесь h – глубина погружения ножа в грунт отсчитываемая от уровня грунта в колодце; b – ширина банкетки).
Для начального периода погружения при 0≤ hb≤05
Pu=(A0γb+B0qg+C0c) (4.16)
где A0 B0 C0 - коэффициенты являющиеся функцией угла внутреннего трения φ и определяется по Табл. 4.2.
qg - вертикальное равномерно распределённое давление грунта расположенного выше банкетки ножа опускного колодца Н м2;
γ – удельный вес грунта расположенного ниже банкетки опускного колодца Н м3.
Значения коэффициентов A0 B0 C0
При погружении в грунт на глубину когда 05≤h≤1.5
где Anh - коэффициент зависящий от угла внутреннего трения грунта и относительного заглубления банкетки ножа (определяется по Табл. 4.3).
Значение коэффициента Anh
Расчётное сопротивление грунта под днищем колодца определяется в соответствии с ДБН В.2.1 – 10 – 2009.
Нагрузки и воздействия возникающие в условиях эксплуатации колодцев и соответствующие им коэффициенты надёжности по нагрузке должны приниматься по Табл. 4.4.
Коэффициенты надёжности по нагрузке на период эксплуатации
Вес строительных конструкций Н
Основное давление грунта на стенки колодца Па
Сила трения стен колодца по грунту при всплытии колодца Н
Нагрузка от людей стационарного оборудования и т.д. Н
принимается по соответствующим требованиям ДБН В.1.2-15-2009.
Давление грунта на колодец при сейсмическом воздействии Па
- для прямоугольно колодца:
Расчётное значение основного давления грунта Pg на стены колодца в глинистых грунтах следует определять как давление грунта в состоянии покоя по формуле:
Pg=Kh(i=1nγi hi+q) (4.18)
q - вертикальная равномерно распределённая нагрузка;
Kh - коэффициент горизонтальной составляющей давления покоя:
здесь - коэффициент бокового давления грунта (при отсутствии данных значения допускается принимать: для суглинков – 05; для глин – 07).
Коэффициент неравномерности давления грунта на стены колодца по его периметру в период эксплуатации определяется выражением:
Ku=(Pg+Pgi)Pg (4.20)
значение Ku следует принимать не менее 11.
Давление грунта при сейсмических воздействиях qsr и qs вычисляются по формулам:
qsr=1+Ks tg (4+φ2) cosPg (4.21)
qs=1+Ks tg (4+φ2)Pg (4.22)
где Ks - коэффициент сейсмичности принимаемый 0025 при 7 баллах 005 при 8 баллах 01 при 9 баллах;
- полярный угол (см. Рис. 4.7)
Рис. 4.7. Распределение давления грунта при сейсмических воздействиях
а – для круглых колодцев б – для прямоугольных колодцев
Нагрузка на стены колодца от грунта при сейсмическом воздействии может быть с любой стороны при этом с противоположной стороны возникает сопротивление грунта (отпор) эпюра которого как правило принимается симметричной нагрузке.
Расчёты конструкций колодцев и их оснований должны производится по первой (на прочность несущую способность) и второй (по деформациям) группам предельных состояний. Расчёт производится на наиболее невыгодные сочетания нагрузок как для условий строительства так и для условий эксплуатации.
Для условий строительства должны выполнятся следующие расчёты:
- по схемам учитывающим наличие только нагруженных стен прочность колодца или первого яруса при снятии с временного основания погружения колодца; прочность стен на конечной стадии опускания; по результатам расчётов устанавливается необходимость устройства перегородок или распорок;
- по схемам учитывающим наличие наружных стен и днища прочность днища всплытие колодца устойчивость колодца на сдвиг и опрокидывание (при разработке односторонних выемок если они предусматриваются в ППР).
Железобетонные конструкции колодцев рассчитываются в соответствии с требованиями (СНиП 2.03.01-84 и ДБН В.2.6-98-2009) с учётом следующего дополнительного условия: минимальный процент армирования наружных стен круглых колодцев (горизонтальная работа арматуры) сооружаемых в один ярус принимается на участке от банкетки до половины высоты колодца 01 на остальном участке высоты до верха колодца 005; колодцев сооружаемых в два яруса и более: для первого яруса 01; для последующих ярусов 005.
Расчёты для условий строительства
Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:
(Gw+Q)(T2+Fu)≥γpl (5.1)
где Gw Q T2 Fu - расчётные нагрузки подсчитанные с коэффициентами перегрузки в соответствии с таблицы (4.1).
Расчёт на погружения производится на наибольшую глубину. Если во время погружения стены колодца наращиваются расчёт должен производится для каждого яруса. Колодец погружаемый в грунты с разнородными напластованиями следует рассчитывать по глубине погружения для которой значение знаменателя по формуле (5.1) является максимальным.
Усилия передаваемые на опоры и обеспечивающее закрепление колодца против самопроизвольного погружения ниже проектной отметки должны определятся по формуле:
Расчёт наружных стен на прочность производится для наибольших (проектной) глубины погружения и для каждого яруса (при погружении колодца ярусами).
Стены прямоугольных колодцев рассчитываются по поясам: при расчёте нижнего пояса к нагрузке на этот пояс добавляется нагрузка действующая на ножевой пояс снаружи. Расчётные пояса назначаются через 2 – 3м по высоте и в соответствии с конструктивными особенностями (уступы стен перекрытия отверстия проёмы и пр.).
Расчёт стен круглого колодца также ведётся по поясам с учётом неравномерности давления от активного давления грунта исходя из предположения возможных перекосов при его опускании.
Коэффициент неравномерности давления грунта при опускании колодца Ku определяется согласно выражения (4.8). расчёт нижнего пояса круглого колодца ведётся аналогично расчёту пояса прямоугольного колодца.
Стены опускных колодцев должны рассчитываться на воздействия их собственного веса при установке его на фиксированные зоны опирания. Положение фиксированных зон определяется условиями равенства опорных и пролётных моментов в стенах прямоугольных колодцев. Круглые колодцы рассчитываются из условия опирания их на три фиксированные зоны.
При опускании колодца с подводной разработкой грунта расчётные усилия (моменты и поперечные силы) увеличиваются на 15% из-за сложности контроля за положением опорных зон.
Расчётная нормальная сила N при расчёте на разрыв в результате зависания колодцев определяется для случаев когда в верхней части прорезаемой колодцем толщи грунта находятся прочные породы (глинистые грунты твёрдой полутвёрдой тугопластичной консистенции или плотные пески) а в нижней части - слабые (глинистые грунты текучепластичной или текучей консистенции).
Если высота верхнего слоя при этом меньше половины глубины погружения то
где T3 - расчётная сила трения стен колодца по прочному грунту.
При высоте верхнего слоя (прочного грунта) более половины проектной глубины погружения то
Расчёт опускных колодцев на разрыв выполняется как правило для колодцев с глубиной опускания более 15м.
Нож опускного колодца рассчитывается как консоль (см. Рис. 5.1) относительно линии С-С для двух расчётных случаев:
- для момента начала погружения;
- для момента окончания погружения (расчёт ведётся на 1м контура ножа).
Рис. 5.1. Расчётные схемы ножевой части колодца
а – начало погружения; б – окончание погружения
– На момент начала погружения колодца когда с наружной стороны грунта нет а с внутренней стороны нож испытывает давление грунта на всю скошенную грань давление грунта на банкетку Р определяется из выражения:
где qw - нагрузка на 1м контура ножа от веса колодца;
b - ширина банкетки м; b= α - угол наклона скошенной грани ножа к горизонту град).
Расчётные величины сил от давления грунта (на банкетку) F вертикальной составляющей силы Fv и горизонтальной составляющей Fh (на скошенную грань ножа) определяется по формулам:
Моменты внешних сил относительно центра О расчётного сечения С-С вычисляются из выражений:
MFv=Fv(bc-c2-23lctg α) (5.10)
Сечения С-С рассчитывается на внецентренное сжатие под давлением суммарного момента внешних сил FFvFh и нормальной силы qw.
– на момент когда колодец опущен на проектную отметку и грунт под ножом выбран нож рассчитывается на действие момента от активного давления грунта:
MP=a1l23+a2l22 (5.12)
где a1 - ордината треугольной части эпюры давления грунта;
a2 - ордината прямоугольной части эпюры давления.
Расчётное значение поперечной силы определяется выражением:
Прочность железобетонного днища при шарнирном его опирании по контуру на стены колодца рассчитывается на нагрузку:
- на отпор грунта под днищем колодца Rg когда постоянные вертикальные нагрузки колодца больше сил всплытия и на гидростатическое давление подземных вод Pw тогда:
где G - сумма всех постоянных вертикальных нагрузок на колодец (с учётом сил трения);
- на гидростатическое давление подземных вод Pw если постоянные вертикальные нагрузки от колодца меньше сил всплытия.
Расчёт прочности днища колодца без внутренних стен колонн перегородок (элементов обеспечивающих пространственную жёсткость) на нагрузку от отпора грунта производится как пластины лежащей на упругом основании;
Днища (без наличия вышеперечисленных элементов жёсткости) на нагрузку от гидростатического давления подземных вод – как пластин с шарнирными опорами нагруженной равномерно распределённой нагрузкой.
На всплытие рассчитывают колодцы погружаемые ниже горизонта подземных вод для любых грунтов за исключением:
- когда под днищем предусматривается устройство постоянно действующего дренажа;
- либо при затоплении ствола (полости колодца когда он выполняет функции фундамента) заполненным мелко или крупнообломочными породами.
При заглублении колодца в водоупорный слой (при формировании объёмов внутри колодца) необходима проверка расчётом возможности прорыва напорными водами водоупорного слоя.
Расчёт колодца на всплытие производится по формуле:
G+T1AwHwγw≥γem (5.15)
где G - сумма всех постоянных расчётных нагрузок с учётом нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузок; T1 - сумма усилий трения при расчёте на всплытие; Aw - площадь основания колодца; Hw - расчётное превышение уровня подземных вод над основанием днища колодца; γem - коэффициент надёжности от всплытия принимаемый равным 12.
Устройство анкерных конструкций против всплытия предусматривается в случае если не выполняется условие (5.15) т.е.
G+T1AwHwγwγem (5.16)
Поверочные расчёты прочности наружных стен производятся при разработке односторонних выемок вблизи колодцев.
Расчёт на сдвиг по подошве и на опрокидывание и на общую устойчивость сооружения вместе с основанием при разработке односторонних выемок вблизи колодца производится в соответствии с требованиями ДБН В.2.1-10-2009.
Расчёты для условий эксплуатации
Для этих условий выполняются следующие расчёты:
- прочность наружных внутренних стен днища перекрытий и других элементов обеспечивающих несущую способность и пространственную жёсткость;
- на всплытие колодца;
- на сдвиг по подошве на опрокидывание и на общую устойчивость сооружения вместе с основанием – при больших односторонних нагрузках.
Прочность и устойчивость элементов конструкций колодца а также колодца в целом должны быть обеспечены при всех реально возможных условиях эксплуатации.
Расчёт колодца на всплытие в условиях эксплуатации нужно производить на расчётные нагрузки по формуле:
G+T1+QAwHwγw≥γem (6.1)
При больших односторонних горизонтальных нагрузках (при расположении колодцев на косогорах например в прибрежной зоне) колодцы рассчитываются на сдвиг по подошве и на опрокидывание и проверяются на устойчивость по круглоцилиндрическим и другим поверхностям скольжения по известным расчётным методам.
Железобетонные элементы конструкций опускных колодцев рассчитывают в соответствии с СНиП 2.03.01-84 и ДБН В.2.6-98-2009 с учётом дополнительных условий:
- раскрытие трещин в наружных железобетонных стенах в период эксплуатации колодцев допускается не более 02мм;
- при обоснованном применении металлической гидроизоляции она должна учитываться как рабочая арматура;
- при резком неравномерном распределении температуры и влажности когда размер в плане прямоугольного либо диаметр круглого колодца превышает 60м выполняются расчёты на температурно-влажностные воздействия.
Схемы опускания колодцев
Колодцы опускают в грунт по следующим схемам:
- насухо с открытым водоупором при разработке грунта в забое с водопонижением уровня подземных вод (см. Рис. 7.1);
- с выемкой грунта из под воды (см. Рис. 7.2);
Рис. 7.1. Основные схемы опускания колодцев насухо
а — выемка грунта с помощью экскаватора бульдозера и крана; б — выемка грунта с помощью средств гидромеханизации; 1 — подводящая труба подмывных устройств; 2 — перфорированная труба; 3 — пульпопровод; 4 — гидроэлеватор; 5 — гидромонитор: 6 — напорный водовод; 7 — подмывные устройства
Рис. 7.2. Схема опускания колодца с выемкой грунта из-под воды
При опускании колодцев по первой схеме для разработки и выемки грунта используют экскаваторы (прямая либо обратная лопата иногда с грейфером) бульдозеры и краны с бадьями либо средства гидромеханизации. Последние (гидромониторы землесосы гидроэлеваторы) целесообразны к применению в легкоразмываемых грунтах – песках супесях лёгких суглинках.
В общем случае выбор необходимого оборудования определяется габаритами колодца и инженерно-геологическими и гидрологическими условиями площадки строительства.
При работе по первой схеме при проходке с относительно малым коэффициентом фильтрации Kф1 мсут. и слабой водоотдаче рекомендуется открытый водоотлив посредством откачки воды насосами из водосборных траншей и приямков (зумпфов) внутри колодца. При больших притоках воды и неустойчивым состоянием необводненных грунтов (когда не исключены наплывы грунта из-под ножа внутри колодца) рекомендуется опускать колодец с применением опережающего глубинного водопонижения. Средства водопонижения (иглофильтры эжекторные установки как правило располагают за внешним контуром колодца (при их расположении в забое внутри колодца затрудняется ведение работ по разработке грунта).
Разработка грунта в колодце насухо может выполнятся: бульдозерами с последующим транспортированием грунта на поверхность башенными или гусеничными кранами в бадьях (загрузка бадей осуществляется экскаваторами) или кранами оборудованными грейфером; экскаваторами оборудованными прямой или обратной лопатой с выдачей грунта на поверхность в бадьях башенными или гусеничными кранами. Разработка грунта выполняется во всех случаях равномерно по всей площади забоя колодца с оставлением расчётных зон опирания. Рекомендуется применение бульдозеров на базе (ДЭТ) с электроприводом. При использовании механизмов с дизельными двигателями в колодце необходимо устанавливать вентиляцию.
Исправность состояния подкрановых путей башенных кранов проверяется после каждой «посадки» колодца но не реже чем 1 раз в сутки.
Применение средств гидромеханизации для разработки грунта при опускании колодца может осуществляться разработкой грунта гидромониторами с транспортированием пульпы гидроэлеваторами или землесосами. Применение гидроэлеваторов целесообразно при глубине до 15м. глубина разработки грунта на одну «посадку» не должна превышать 05м. разработка грунта выполняется от приямка под всосом с постоянным перемещением струи гидромонитора к ножу колодца где оставляют расчётные зоны опирания. Пульпа от забоя к приямкам стекает самотёком при уклоне русла потока от 2 до 8% (в зависимости от грунта).
Разработка грунта при опускании колодца по второй схеме в водонасыщенных грунтах осуществляется преимущественно экскаваторами оборудованными грейфером. Эта схема предпочтительна при больших водопритоках и нецелесообразности откачки воды из колодца а также из-за наличия неустойчивых грунтов грозящими наплывами из под ножа.
Подводная разработка грейфером не рекомендуется в грунтах в которых стенка котлованов у ножа трудно обрушается (связные грунты и галечники).
Разработка грунта грейферами из под воды осуществляется равномерно по всей площади колодца – от его центра для того чтобы грунт под воздействием веса колодца равномерно по контуру выдавливался под банкеткой ножа.
Опускание колодца производится при непрерывном инструментальным контролем за его положением.
При опускании колодца в скальных грунтах последние рыхлят буровзрывным способом выполняя рыхление по всей площади колодца на глубину предполагаемой «ПОСАДКИ». После рыхления грунт грузят экскаваторами в бадьи с выдачей его на поверхность кранами. Разработка скального грунта выполняется не только в пределах контура но и за контуром наружных граней ножа с образованием пазух шириной не менее 10см. Для посадки колодца пазухи под банкеткой ножа подбиваются грунтом. В зонах опирания породы рыхлят одновременным взрывом во всех зонах.
Устройство днища колодцев
В зависимости от способа опускания колодцев днище может быть выполнено:
- в виде одной железобетонной плиты (при опускании колодца по первой схеме);
- в виде конструкции состоящей из железобетонной плиты и бетонной подушки (бетонируемых подводным способом) или дренажной пригрузки (по второй схеме).
В колодцах опущенных насухо или с применением водопони-
жения либо открытого водоотлива в зависимости от размеров днища бетонируют одним блоком или отдельными блоками с соблюдением непрерывности укладки бетона каждого блока. Первыми бетонируют блоки (или слои) расположенные у ножа колодца.
При устройстве дренажного слоя перед бетонированием устраивают специальные приямки оборудованные металлическими перфорированными патрубками для откачки воды (см. Рис 8.1)
Рис. 8.1. Откачивание воды из приямков в основании колодца
— перфорированная часть патрубка; 2 — приямок; 3 — дренажный слой; 4 — арматура плиты днища; 5 — реборды; 6 — закладной патрубок; 7 — гидроизоляция; 8 — фланец; 9 — заглушки; 10 — резиновая прокладка
Откачку воды производят из дренажного слоя под днищем постоянно на весь период работ по устройству днища вплоть до момента набора бетоном проектной прочности. После этого отверстия патрубков тампонируют закрывают заглушками и заделывают бетоном.
В некоторых случаях после окончания бетонирования на время твердения бетона опускной колодец заполняют водой до отметки уровня подземных вод.
При второй схеме опускания колодца для устройства бетонной подушки используют методы восходящего раствора (ВР) или вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).
По методу ВР цементируемый раствор при бетонировании подают по трубам диметром 50 – 200мм в предварительно засыпанный на дно колодца крупный заполнитель. Трубы закрепляют в постоянном положении до окончания бетонирования. Максимальный радиус распространения цементного раствора от каждой из труб составляет 2.5м (см. Рис. 8.2.а).
Методом ВПТ бетонную смесь при бетонировании подают по трубам диаметром 200 – 300мм. Подъём трубы по мере бетонирования выполняется постепенно не вынимая нижнего конца трубы из смеси ранее поданного бетона (во избежание расслоения бетонной смеси из-за вымывания цементного молока). В зависимости от объёмов бетонирования и глубины бетонная смесь принимается от сильнопластичной до пластичной. Радиус распространения бетонной смеси от трубы составляет 4.5м (см. Рис. 8.2.б).
Рис. 8.2. а) б). Подводное бетонирование подушки колодца
а — методом восходящего раствора ВР; б — методом вертикально перемещающейся трубы: 1 — трубы для подачи раствора; 2 — смесительная установка; 3 — крепление трубы к рабочей площадке; 4 — рабочая площадка; 5 –– гравийная подушка толщиной 15—30 см; 6 — уровень верха бетонной подушки
Осушение колодца производится после окончания твердения бетона подушки.
Схема устройства железобетонной плиты днища по второй схеме опускания осуществляются насухо после откачки воды из колодца (см. Рис. 8.3).
Рис. 8.3. Бетонирование днища насухо
—33 — слои бетонирования; I — гидроизоляция: II — бетонная подготовка; III — дренажный слой
Сооружение колодцев из сборных железобетонных элементов
Опускание колодцев из сборных железобетонных элементов как правило должно производится в тиксотропной рубашке. Толщина стен колодца назначается из условий прочности. Монтаж сборных элементов монтируемого яруса колодца осуществляется в специальном кондукторе при тщательной разметке мест монтажа.
К замоноличиванию стыков сборных элементов разрешается приступать после установки 75% панелей стен.
Соответствие форм колодца проекту вертикальность стен перед началом опускания регламентируется актом на скрытые работы комиссией.
Опускание опускных колодцев способом задавливания
Способ реализуется посредством задавливания в грунт системой гидродомкратов оболочки колодца наращиваемой ярусами высотой кратной величине хода штоков гидродомкратов по мере разработки и выдачи грунта. При таком погружении обязательно опережение режущей кромки ножа поверхности забоя.
Этот способ применяется при наращивании стен как сборными железобетонными или чугунными элементами так и монолитным железобетоном. Он применим в различных грунтах кроме скальных полускальных и пород с включением валунов диаметром более 02м.
Порядок работ следующий: перед началом работ по погружению колодца изготавливают опорную конструкцию в виде круговой контрфорсной подпорной стенки (см. Рис 10.1) заглублённой в грунт.
Рис. 10.1. Технологическая схема погружения колодца способом задавливания
— опорный воротник; 2 — двухконсольная балка; 3 — гидроцилиндры; 4 — полок; 5 — крепь ствола; 6 — ножевая часть
Опорная конструкция обустраивается устройством для задавливания (это может быть двухконсольная балка с гидродомкратами). Внутри опорной конструкции монтируют ножевую часть а затем стены колодца в сборном или монолитном варианте до уровня штоков гидродомкратов находящихся в исходных положениях. После этого начинают цикличное (на величину рабочего хода штоков домкратов) задавливание колодца с дальнейшим наращиванием стен и выдачей грунта на поверхность.
Технология погружения методом задавливания позволяет вести строительство опускных колодцев практически без отклонений от вертикали. Помимо прочего можно для анкеровки устраивать грунтовые анкера.
Опускной колодец рассчитывается на погружение с учётом врезания ножа в забой: в песках – на 15м; в супесях и суглинках – на 075м; в глинах – на 05м; в неустойчивых обводнённых грунтах (плывунах) – не менее чем на 2м.
Проверку прочности и трещиностойкости колодца необходимо производить при исправлении кренов колодца когда вся домкратная нагрузка сосредоточена на 13 окружности торца оболочки.
Количество домкратов принимается в зависимости от грузоподъёмности и диаметра погружаемого колодца.
При погружении колодцев малых диаметров 3 – 6м принимается 3 – 4 домкрата при диаметре 6 – 10м – 4 – 6 домкратов при погружении опускных колодцев больших диаметров следует предусматривать установку домкратов не реже чем через 6 – 7м по окружности торца.
Примеры расчёта опускных колодцев по исходным данным
Пункт строительства:
Пойменная терраса реки Тикич. Черкасская обл.
Назначение опускного колодца:
Фундамент под опору моста
Инженерно-геологические условия строительства:
Четвертичные аллювиальные отложения
Конструктивные особенности колодца (размерные и конструктивные особенности):
Наружный радиус колодца – 94м; стены монолитные железобетонные толщина стенки – 1м; глубина погружения 105м
Выбор способа опускания колодца на основе анализа:
Погружение колодца без тиксотропной рубашки с применением опережающего водопонижения
Радиус круглого колодца (внутренний):
Уровень подземных вод (УПВ)
Распределённая нагрузка q кНм2 на период строительства – 20 кНм2 на период эксплуатации – 50 кНм2.
1. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в условиях строительства
Колодец погружается без тиксотропной рубашки с применением опережающего водопонижения.
Данные инженерно-геологических условий (см. Табл. 11.1.1)
Инженерно-геологические условия участка строительства
Физ.-механ. хар-ки грунта
Песок мелкозернистый светлый
Глина ленточная пылеватая тугопластичная
Суглинок пылеватый тугопластичный
Рис.11.1.1. Инженерно-геологический разрез со схемой продольного сечения колодца
Предварительное значение осреднённой по высоте толщины стенки колодца bw=1м. Наружный радиус колодца:
Определяем для каждого слоя грунта приведённые высоты лежащих выше слоёв грунта:
h1=γ1H1γ2=19*20185=205 м;
h2=γ2H2+h1γ3=185*36+20519=55 м;
h3=γ3H3+h2γ4=19*08+5519=63 м.
Для вычисления основного давления грунта Pg (формула 4.2; 4.3) по Рис. 11.1.1 определяем коэффициенты Kp и n а также функции F1 F2 F3 (Рис. 4.3 4.4 4.5). Полученные значения Pg наносим на Рис. 11.1.2.а.
На поверхности земли (отметка 00) h0=0 м; γ1=19 kHм3; φ1=17°; h0r=094=0;n=10; F1=0; F2=055; Kp=02.
Pg0=1+02*0+20*055=13 кПа;
На отметке -20 для лежащего выше грунта h1=2 м; γ1=19 kHм3; φ1=17°; h0r=2094=0212;n=096; F1=005; F2=05; Kp=018.
Pg1=1+018*19*94*005+20*05=233 кПа;
На отметке -20 для лежащего ниже грунта h1=205 м; γ2=185 kHм3; φ2=25°; h0r=20594=0218; n=088; F1=0075; F2=034; Kp=028.
Pg1=1+028*185*94*0075+20*034==254 кПа;
На отметке -56 для лежащего выше грунта h2=H2+h1=360+205=565 м; γ2=185 kHм3; φ2=25°; h0r=56594=060; n=073; F1=018; F2=026; Kp=026.
Pg2=1+026*185*94*018+20*026=50 кПа;
На отметке -56 для лежащего ниже грунта h2=55 м; γ3=19 kHм3; φ3=10°; Kс=15 кПа; h0r=5594=059; n=067; F1=0375; F2=059; F3=23; Kp=015.
Pg2=1+015*19*94*0375+20*059-15*23==509 кПа;
На отметке -64 для лежащего выше грунта h3=H3+h2=08+55=63 м; γ2=19 kHм3; φ3=10°; Kс=15 кПа; h0r=6394=067; n=065; F1=042; F2=060; F3=24; Kp=015.
Pg3=1+015*19*94*042+20*060-15*24==587 кПа;
На отметке -64 для лежащего ниже грунта h3=63 м; γ4=19 kHм3; φ4=15°; Kс=5 кПа; h0r=6394=067; n=066; F1=035; F2=043; F3=21; Kp=019.
Pg3=1+019*19*94*035+20*043-5*21==7213 кПа;
На отметке -83 для лежащего выше грунта h4=H4+h3=19+63=82 м; γ4=19 kHм3; φ4=15°; Kс=5 кПа; h0r=8294=087; n=060; F1=043; F2=041; F3=23; Kp=019.
Pg4=1+019*19*94*043+20*041-15*23==875 кПа;
На отметке -88 для лежащего выше грунта h5=H5+H4+h3=05+19+63=87 м; γ4=19 kHм3; φ4=15°; Kс=5 кПа; h0r=8794=093; n=058; F1=045; F2=039; F3=23; Kp=019.
Pg5=1+019*19*94*045+20*039-5*23==900 кПа;
На отметке -105 для лежащего выше грунта h6=H6+H5+H4+h3=05+19+17+63=104 м; γ4=19 kHм3; φ4=15°; Kс=5 кПа; h0r=10494=1106; n=056; F1=049; F2=035; F3=235; Kp=018.
Pg2=1+018*19*94*049+20*035-5*235==977 кПа.
Удельные силы трения грунта (см. Рис. 11.1.1.б) определяем по формуле (4.12):
на отметке 000. t0=13*0.3057=4 кПа;
на отметке -200 t1=223*03057=68 кПа;
t1=254*04663=118 кПа;
на отметке -560 t2=50*04663=233 кПа;
t2=509*01763+15=2535 кПа;
на отметке -640 .. t3=587*01763+15=2535 кПа;
t3=7213*02679+5=2432 кПа;
на отметке -830 t4=875*02679+5=2844 кПа;
на отметке -880 t5=90*02679+5=2911 кПа;
на отметке -1050 .. t6=977*02679+5=3117 кПа.
Рис. 11.1.2.аб. Эпюры давления грунта (а) и удельных сил трения (б) для условий строительства
Силу трения грунта для расчёта на погружение находим по формуле (4.13).
T2=ut0+t12h1+t1+t22h2+ +tn-1+tn2hn
T2=314*94*2 хх 4+682*2+118+2332*36+2432+28442*19++314*96*2*2844+2912*05+291+31172*17==849128+395577=1244705 кН.
Вес колодца необходимый для погружения на проектную глубину находим из выражения (5.1).
Gw=115*1244705=143141 кН.
Вес колодца после уточнения размеров:
Gw=nγ0Vw=09*25*5464=12294 кН
Вывод. Требуется пригрузка на период погружения.
Сила трения T1 определяется по формуле (4.14).
T1=05T2=05*1244705=622353 кН.
Вес грунта находящегося выше уступа ножа:
Gg=09*19*314*915*2*01*83=680 кН.
Gg=09*15*25*314*82+872=7567 кН.
Расчёт на всплытие выполняем по зависимости (5.15)
где G - сумма всех постоянных расчётных нагрузок с учётом нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузок; T1 - сумма усилий трения; Aw - площадь основания колодца; Hw - расчётное превышение уровня подземных вод над основанием днища колодца; γem - коэффициент надёжности от всплытия принимаемый равным 12.
γem=143141+622353+680+7567314*962*76*10=2878521993=131
γem=131>12 следовательно устойчивость против всплытия обеспечена.
Давление грунта Pgs находим из выражения (4.10)
Pgs=Gw-γpl(T2+AIKс)rHвtgφ-2Pg
Pgs=143141-115*(849128+628*94*22*5)314*94*22*02679-2*977+9002=219-188=31 кПа.
Коэффициент неравномерности бокового давления грунта Ku определяется по выражению (4.8).
поскольку Pgi=0 выражение преобразуется:
Ku=1+ PgsPg=1+ 31904=134.
Находим нагрузку на 1 пояс равный 2м:
P=Pgs+Pg5+Pg62h62=90+977+9002*172=1698 кПа.
Интенсивность этой нагрузки q=1698 кНм тогда по формулам:
Ma=-01488*1698*8952*134-1=1303 кНм;
Mb=01366*1698*8952134-1=1196 кНм;
Na=1698*895*1+07854*134-1=1925 кН;
Nb=1698*895*1+05*134-1=1778 кН.
2. Расчёт колодца на нагрузки и воздействия возникающие в условиях эксплуатации
В условиях эксплуатации после прекращения водопонижения вокруг колодца восстанавливается естественный (природный уровень подземных вод – УПВ) а также изменяется (увеличивается) интенсивность нагрузки q до величины 50 кНм2. (см. Рис. 11.2.1).
Рис. 11.2.1. Инженерно-геологический разрез со схемой продольного сечения колодца для условий эксплуатации
Примечание: для грунтов слоёв III IV V ввиду взвешенного действия воды γIII γIV γV принимается равным 10 кНм3.
Основное давление грунта Pg до отметки -560м (кровля глины ленточной) определяем по графикам (Рис. 4.1; 4.3; 4.4; 4.5) и наносим на эпюру давления грунта для условий эксплуатации (Рис. 11.2.2).
Ординаты эпюры давления до отметки -560 м
Pg0=1+02*0+50*055=33 кПа;
На отметке -20 для лежащего выше грунта:
h1=2 м; γ1=19 kHм3; φ1=17°; h0r=2094=0212; F2=049; Pg1=1+02*19*94*011+50*049=53 кПа;
На отметке -20 для лежащего ниже грунта:
h1=205 м; γ2=185 kHм3; φ2=25°; h1r=20594=0218; n=096; F1=005;F2=037; Kp=02.
Pg1=1+02*185*94*005+50*037=33 кПа;
На отметке -290м для лежащего выше грунта:
h2=H2+h1=09+205=295 м; γ3=185 kHм3; φ3=25°; h2r=29594=0313; F1=0098; F2=032; Kp=027.Pg2=1+027*185*94*0098+50*032==42 кПа;
На отметке -290 для лежащего ниже грунта:
h1=H2+h2= 27+295=565м; γ3=10 kHм3; φ3=25°; h2r=56594=060;n=077; F1=018; F2=028; Kp=026.Pg2=1+026*10*94*018+50*028=39 кПа;
На отметке -560 для лежащего выше грунта:
h3=H3+h2=27+565=835 м; γ3=185 kHм3; φ3=25°; h3r=83594=089; F1=0065; F2=005; Kp=024; n=0245;Pg3=1+024*185*94*0065+50*005==17 кПа.
Ординаты эпюры давления для глинистых грунтов (ниже отметки -560) определяем по формуле (4.18)
На отметке -560 для лежащего ниже грунта
h3=γ3(H3+h2)γ4=10*(27+53)10=80м;
Pg3=07*10*80+50=91 кПа;
На отметке -640 для лежащего выше грунта
h4=08+80=88м; γ4=10 kHм3;φ4=10°; Kh=07
Pg4=07*10*88+50=966 кПа;
На отметке -640 для лежащего ниже грунта
h4=88м; γ5=10 kHм3;φ5=15°; Kh=05
Pg4=05*10*88+50=69 кПа;
На отметке -830 для лежащего выше грунта
h5=H5+h4=19+80=99м; γ5=10 kHм3;φ5=15°; Kh=05
Pg5=05*10*99+50=745 кПа;
На отметке -880 для лежащего выше грунта
h6=H6+h5=05+99=104м; γ5=10 kHм3;φ5=15°; Kh=05
Pg6=05*10*104+50=77 кПа;
На отметке -105 для лежащего выше грунта
h7=H7+h6=17+104=121м; γ5=10 kHм3;φ5=15°; Kh=05
Pg7=05*10*121+50=855 кПа.
Рис. 11.2.2. Эпюра давления грунта (для условий эксплуатации)
Определяем нагрузку на 1 пояс:
P=77+77+8752*172=146 кПа.
Интенсивность этой нагрузки q=1698 кНм тогда находим:
Ma=-01488*146*8952*11-1=174 кНм;
Mb=01366*146*955211-1=160 кНм;
Na=146*955*1+07854*11-1=1504 кН;
Nb=146*955*1+05*11-1=1464 кН.
Определяем максимальное сжимающее усилие от гидростатического давления воды на отметке -88м.
N=Prm=59*895=528 кН;
P=88-29γw=59*10=59 кНм.
Окончательно получим:
Na=1504+528=2032 кН;
Nb=1464+528=1992 кН.
Исходные данные для выполнения курсового проекта.
Пункт строительства мостового перехода через реки:
(1)Западный Буг (2)Куяльник (3)Тилигул (4) Припять (5) Ятрань (6) Десна (7) Рось (8) Сула (9) Псёл (10) Ворскла (11) Самара (12) Ингул (13) Миус (14) Сейм (15) Саксагань (16) Кальчик (17) Оскол (18) Лугань (19) Лопань (20) Бахмут.
(1) – номер варианта пункта строительства
Вариант Пункт стр-ва
Физ.-механ. хар-ки грунтов
Песок мелкозернистый серый
Глина серо-зелёная тугопластичная
Суглинок тугопластичный тёмно-бурый
Песок средней крупности бурый
Песок средней крупности жёлтый
Суглинок палевый полутвёрдый
Глина тёмно-бурая полутвёрдая
Супесь темно-палевая полутвёрдая
Песок мелкий зеленовато-серый
Суглинок пылеватый жёлто-бурый полутвёрдый
Глина серая полутвёрдая
Супесь пылеватая жёлто-бурая пластичная
Суглинок жёлто-бурый тугопластичный
Глина бурая тугопластичная
Суглинок красно-бурый тугопластичный
Суглинок тёмно-бурый плотный
Суглинок жёлто-бурый полутвёрдый
Суглинок бурый твёрдый
Песок средней крупности серо-жёлтый
Суглинок жёлто-серый полутвёрдый
Песок средней крупности серый
Суглинок бурый плотный
Супесь пылеватая серая пластичная
Суглинок бурый тугопластичный
Суглинок бурый полутвёрдый
Глина серо-зелёная полутвёрдая
Суглинок тяжёлый бурый полутвёрдый
Глина бурая полутвёрдая
Супесь пылеватая жёлтая пластичная
Суглинок тяжёлый жёлто-бурый полутвёрдый
Суглинок жёлтый тугопластичный полутвёрдый
Супесь пылеватая пластичная
Суглинок серый тугопластичный
Супесь пылеватая бурая пластичная
Суглинок тёмно-бурый тугопластичный
Глина коричневая плотная тугопластичная
Супесь серая пластичная
Суглинок жёлто-серый тугопластичный
Суглинок бурый тяжёлый полутвёрдый
Песок средней крупности жёлто-серый
толщина стен колодцев – 10м
нагрузки q кНм2 –(на период строительства -20 кНм2 на период эксплуатации - 50 кНм2).
Условные обозначения:
Состав курсового проекта
Введение. (Приводятся данные характеризующие принятый тип конструктивного решения фундамента. Причины обуславливающие применение данного типа фундамента в мостостроении).
Исходные данные для проектирования:
- Пункт строительства вид сооружения характерные особенности рельефа;
- геологические гидрогеологические условия на участке строительства;
- размерные и конструктивные параметры опускного колодца;
- метод погружения опускного колодца принятый в проекте.
Расчёт опускного колодца на стадии строительства.
Расчёт опускного колодца на стадии эксплуатации.
Перечень выполняемых работ.
Подсчёт объёмов работ.
Графическая часть проекта в составе: ситуационный план исходные данные для проектирования характерные эпюры напряжений для стадий проектирования – (по расчётам) пояснения по технологическим этапам производства работ объёмы работ по результатам расчётов.
Список использованных нормативных источников и специальной технической литературы.
Пример выполнения графической части
Список использованных нормативных источников и специальной технической литературы
ДБН А.2.1-1-2008. Инженерные изыскания для строительства.
ВСН 150-88 Минстрой СССР. Нормы по инженерно-геологическим изысканиям железнодорожных автодорожных и городских мостовых переходов. ЦНИИС.
РСН 65-87 Госстрой РСФСР. Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Технические требования к производству работ. ПО «Стройизыскания».
ДБН В.1.2-15-2009. Навантаження та впливи. Мости та труби. Київсоюзпроект.
ДБН В.1.1-12:2006. Строительство в сейсмических районах Украины. Минрегионбуд.
ДБН В.1.2-14-2008. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель споруд будівельних конструкцій та основ. УкрНДпроектстальреконструкція ім.. Шимановського.
Ивахнюк В. А. Опускные сооружения в строительстве горных предприятий. – М.: Недра 1973. – 134 с.
Силин К. С. Глотов Н.М. Опускные колодцы. – М.: Транспорт 1971. – 229 с.
Справочник проектировщика. Основания фундаменты и подземные сооружения. Под редакцией Е. А. Сорочана Ю. Г. Трофименкова. – М.: Стройиздат 1985. – 480 с.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
ДБН В.2.6-98-2009. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення. ДНДБК.
LINK Word.Document.12 "D:ОГАСА!!!ОГАСА (IV)Основания и фундаменты механ.грунтов_Опускные колодцы_ЧистовикМУ_Расчёт и проектирование опускных колодцев_.docx" "OLE_LINK1" a r

Chertezh A1.dwg

Кафедра оснований и фундаментов
Инженерно-геологический разрез со схемой продольного сечения колодца №1
Расчёт фундамента под промежуточную опору моста в виде опускного колодца устаиваемого "насухо" с применением водопонижения
Эпюры давления грунта кПа
ПРИМЕЧАНИЕ: nа)Эпюра от давления грунта; б)Эпюра от удельных сил трения; Для условий строительства
ПРИМЕЧАНИЕ:nВ состоянии водопонижения на период строительства
Инженерно-геологический разрез со схемой продольного сечения колодца №2
Эпюра давления грунта кПа
- Разработка грунта: 30385 м³;n- Устройство железобетонного днища: 3027 м³;n- Устройство железобетонных стен: 5816 м³;n- Устройство вертикальной гидроизоляции: 662 м²;n-Заполнение полости опускного колодца обломочным материалом: 18389 м³;n-Устройство монолитной опорной плиты под бык (Δ=12м): 2985 м³;
ДАННЫЕ ПО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ГРУНТОВ
Монтаж системы водопонижения.n2. Устройство "пионерного" котлована".n3. Устройство временного основания под нож колодца. Запуск системы водопонижения.n4. Устройство нижнего яруса с ножом колодца.n5. Погружение на первый уровень нижнего яруса с разработкой и удалением грунта из забоя.n6. Устройство (изготовление) среднего яруса колодца.n7. Погружение на уровень среднего яруса с разработкой и удалением грунта из забоя.n8. Устройство верхнего яруса колодца.n9. Погружение колодца до проектного уровня.n10. Комплекс работ по устройству монолитного железобетонного днища.n11. Заполнение полости колодца обломочным материалом.n12. Устройство монолитной железобетонной опорной плиты под бык моста.
Фрагмент части плана мостового перехода М1:100
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Фундамент в виде опускного колодца под промежуточную опору мостового перехода через р. Тикич
Ведомость объёмов работ
Этапы производства работ
ПРИМЕЧАНИЕ:nЭпюра от давления грунта для условий эксплуатации
ПРИМЕЧАНИЕ: nВ состоянии водонасыщения на период эксплуатации